7강. 공유결합

7.1 Lewis구조 : 팔전자 규칙 ￫예외도 있다(10가지 정도)

원자들이 하나의 전자쌍 결합을 이루기 위해 전자를 공유함으로써 안정한 불활성 기체 구조를 얻을 수 있다.

공유결합 : 비금속 원자들이 각각 전자를 내놓아 전자쌍을 만들고 이 전자쌍을 공유함으로써 이루어지는 결합(비금속과 비금속의 결합)

공유 결합의 수

단일결합 : 두 원자가 전자쌍 1개를 공유하는 결합

이중결합 : 두 원자가 전자쌍 2개를 공유하는 결합

삼중결합 : 두 원자가 전자쌍 3개를 공유하는 결합

Lewis전자식 : 원자가 전자를 점으로 표시한 것

공유 전자쌍 : 양쪽 원자가 서로 공유한 전자쌍

비공유 전자쌍 : 결합에 참여하지 않아 공유되지 않은 전자쌍

Lewis구조 쓰기

a. 원자가 전자수를 계산 (원소의 족 번호)

b. 단일 결합으로 원자들이 결합된 화학종에 대한 골격 그리기

c. 분배할 수 있는 원자가 전자수를 결정

d. 각 원자에(H 원자는 예외) 팔전자 규칙을 만족하기 위한 원자가 전자수를 결정

(중심원자가 아닌 다른 원자부터 팔전자 규칙을 따르고 남은 원자가 전자수를 중심원자에 배치)

공명구조

관측된 결합길이가 단일결합과 이중결합의 중간체

공명 개념은 단일 Lewis구조가 물질의 성질을 적절하게 묘사할 수 없는 경우에 제시

cf. 다음사전

공명구조

벤젠(C6H6)에 있어 탄소원자간의 결합길이가, 단일결합은 0.154nm, 이중결합은 0.134nm이나, 모두             0.140nm 로 측정되고 있어, 흔히 알고 있는 6각형의 단일결합과 이중결합의 구조가 제대로 설명하고 있          지 못한다. 따라서 단일결합과 이중결합이 교대로 존재하는 1.5결합, 즉 공명구조를 이루고 있는 것으로           알려져있고, 공명구조를 가지는 경우 그렇지 않은 분자들에 비해 에너지가 낮아 안정된 구조이다.

7.2 분자 구조 형태

종류	전자쌍 배열	결합각	보기
[eqn: AX _{2}]	선형	180°	[eqn: BeF _{2}]
[eqn: AX _{3}]	평면삼각형	120°	[eqn: BF _{3}]
[eqn: AX _{4}]	정사면체	109.5°	[eqn: CH _{4}]
[eqn: AX _{5}]	삼각 쌍뿔형	90°, 120°, 180°	[eqn: PF _{5}]
[eqn: AX _{6}]	정팔면체	90°, 180°	[eqn: SF _{6}]

a.두 개에서 여섯 개의 전자쌍을 가진 이상적인 기하 형태

말단원소(X) + 비공유전자쌍(E)	종류	[eqn: 이상적결합각 ^{*}]	분자구조	보기
2	[eqn: AX _{2}]	180°	선형	[eqn: BeF _{2}], [eqn: CO _{2}]
3	[eqn: AX _{3}]	120°	정삼각형	[eqn: BF _{3} ,`SO _{3}]
	[eqn: AX _{2} E]	[eqn: 120° ^{*}]	굽은형	Ge[eqn: F _{2,`} SO _{2}]
4	[eqn: AX _{4}]	109.5°	사면체	[eqn: CH _{4}]
	[eqn: AX _{3} E]	[eqn: 109.5° ^{*}]	삼각뿔형	[eqn: NH _{3}]
	[eqn: AX _{2} E _{2}]	[eqn: 109.5° ^{*}]	굽은형	[eqn: H _{2} O]

b. 중심원자가 2, 3 또는 4개의 전자쌍을 가질 때의 구조

[eqn: {} ^{*}]위의 분자들에서 관측된 결합각은 이상적인 결합각보다 약간 작다

다중결합

분자 구조에 관한 한 다중결합은 하나의 전자쌍처럼 작용한다.

7.3 분자의 극성

극성 - 전자의 비대칭적 분포에 의하여 화학결합 또는 분자가 양극 또는 음극을 갖게 된          다. 이를 쌍극자라 부른다. (cf. 쌍극자 : 일정한 거리가 떨어져 있고 크기가 같지만 부호는 반대                                                        인 두 전하)

비극성 - 전자의 대칭적 분포에 의하여 화학 결합 또는 분자에 양극과 음극이 없다.

┍[eqn: AX _{2}](선형), [eqn: AX _{3}](평면삼각형)와 [eqn: AX _{4}](정사면체)형태의 분자는 비극성이다.

ex. [eqn: CO _{2}], [eqn: BF _{3}], [eqn: CC`l _{4}]

┕[eqn: AX _{2} E](굽은형), [eqn: AX _{2} E _{2}](굽은형)와 [eqn: AX _{3} E](삼각뿔형)형태의 분자는 극성이다.

ex. [eqn: SO _{2} ,`H _{2} O,`NH _{3}]

상쇄 - 비극성

상쇄X - 극성

7.4 원자 오비탈 : 혼성

혼성오비탈 : [eqn: sp,`sp ^{2} ,`sp ^{3} ,`sp ^{3} d,`sp ^{3} d ^{2}]

전자쌍의 수	원자 오비탈	혼성 오비탈	배향	예
2	s, p	sp	선형	[eqn: BeF _{2}], [eqn: CO _{2}]
3	s, 2개의 p	[eqn: sp ^{2}]	평면삼각형	[eqn: BF _{3} ,`SO _{3}]
4	s, 3개의 p	[eqn: sp ^{3}]	사면체	[eqn: CH _{4} ,`NH _{3} ,`H _{2} O]
5	s, 3개의 p, 1개의 d	[eqn: sp ^{3} d]	삼각 쌍뿔형	[eqn: PC`l _{5} ,`SF _{4} ,`C`lF _{3}]
6	s, 2개의 p, 2개의 d	[eqn: sp ^{3} d ^{2}]	팔면체	[eqn: SF _{6} ,`C`lF _{5} ,`XeF _{4} `]

혼성 오비탈과 기하형태

시그마 결합과 파이결합

시그마결합 : 분자내 서로 이웃하고 있는 원자의 각각의 전자 궤도의 중첩에 의한 화학결합이다.                  시그마 결합은 결합에 참여하는 원자의 오비탈이 겹쳐져 형성된다. 예를 들면 수소 분                자는 두 수소 원자의 1s 오비탈이 겹쳐져 형성되고, 플루오르화수소에서는 수소 원자                의 1s 오비탈과 플루오르의 2p 오비탈이 겹쳐져 형성된다. 이 두 물질에서 결합을 이                루고 있는 전자는, 결합을 이루고 있는 두 원자의 핵을 잇는 축(결합축)을 중심으로 그                둘레에 위치하고 있어 전자의 분포가 원통형 대칭이 된다. 이와 같은 결합을 시그마 결                합이라고 한다.

파이결합 : 분자내 서로 이웃하고 있는 원자의 각각의 전자 궤도의 중첩에 의한 화학결합이다. 파이              결합은 p오비탈을 의미하는 그리스 문자 (π)로부터 명명되었다.

파이 결합은 두 원자의 p오비탈 상호간에 전자를 공유하고 있다. 파이 결합은 원자핵의              전하로부터 거리가 멀기 때문에 시그마 결합보다 결합력이 약하고, 에너지 준위가 높다.

이중 결합, 삼중 결합을 하고 있는 원자는 1개의 시그마 결합과 파이 결합을 하고 있다.