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공명 구조(Resonance form): 원자가 전자 이론에서 특정 분자의 결합이 여러 구조의 기여로 결합되어 있을 때, 이를 설명하는 구조. 예를 들어, acetate ion은 아래와 같은 구조로 탄소가 하나의 산소와 이중 결합을 하고, 하나의 산소와는 단일 결합을 한다. 이때 어느 산소와 이중 결합을 하여야 하는가에 대한 문제가 생긴다. 실제 acetate ion의 구조는 두 구조의 중간 형태이며, 두 개의 산소 원자가 음전하를 나누어 갖고 잇고, 동등한 전자 밀도를 갖고 있다. 이때 두 개의 각각의 구조를 공명 구조라 부르며, 두 구조 사이의 차이점은 단지 파이 전자와 비공유 원자가 전자의 위치가 다른 데 있다. → 이때 acetate ion은 각각의 구조를 왔다 갔다 하는 것이 아니라, 각각 두 ..

형식 전하(Formal charge): 독립된 원자의 원자가 전자 수로부터 루이스 구조식에서 그 원자에 할당된 전자 수를 뺀 값 하나의 표현 형식으로 분자에 실제적인 이온성 전하가 존재하는 것을 의미하지 않음. 원자 사이의 결합 상태를 예측하고, 반응성 및 안정성을 비교하기 위해 구함. 형식 전하 = (유리 원자의 원자가 전자 수) - (결합성 전자 수/2 또는 결합 수) - (비공유 전자 수) 예를 들어 탄소는 네 개의 원자가 전자를 가지고 있고, 수소 4개와 결합을 이루어 methane 분자가 되어도 C-H 결합에 각각 하나씩 모두 네 개의 원자가 전자를 가지고 있다. 따라서 methane의 탄소 원자는 중성이고 형식 전하를 갖지 않는다. 마찬가지로 질소는 다섯 개의 원자가 전자를 가지고 있고, 세 ..

각각의 원자가 전기음성도가 다르듯, 하나의 분자도 극성을 가질 수 있다. 분자의 극성은 분자 내 모든 각 합의 극성과 고립 전자쌍의 기여도의 벡터 합의 결과로 얻어진다. 이중극자 모멘트(쌍극자 모멘트, dipole moment, 𝜇): 분자의 알짜(net) 극성을 측정하기 위한 단위 분자의 이중극자 말단의 전하인 Q의 크기와 두 전하 사이의 거리 r을 곱한 것으로 정의됨. 즉, 𝜇 = Q x r 단위는 debyes(D)로 나타내며, 1 D = 3.336 x 10^(-30) C∙m water, methanol, ammonia의 이중극자 모멘트: 산소와 질소 원자에 있는 고립 전자쌍은 양으로 하전된 핵으로부터 공간적으로 멀리 튀어나와 있어 상당히 큰 전하 분리를 야기함으로써 이중극자 모멘트에 크게 기여하게 ..

극성 공유 결합(polar covalent bond): 전기음성도가 다른 두 원자가 전자쌍을 공유하여 형성하는 결합. 결합 전자들이 결합하고 있는 두 원자 중 어느 한편 원자 쪽으로 더 많이 끌리게 되어 두 원자 사이의 전자 분포가 비대칭이 됨. 전기음성도(electronegativity, EN): 원자나 분자가 화학 결합을 할 때 다른 전자를 끌어들이는 능력의 척도 전기음성도는 절댓값이 아닌 상대적인 값으로 전기음성도가 가장 큰 원소는 F (EN=4.0)이고, 가장 작은 원소는 Cs (EN=0.7)임. 주로 주기율표 왼쪽의 금속 원소는 전기음성도가 낮고, 주기율표 오른쪽의 할로겐 및 다른 반응성 비금속 원소들은 전기음성도가 높음. 결합하는 원자 간 전기음성도 차이를 △EN이라고 하면, △EN < 0.5..

축소 구조식(condensed structures): 탄소-수소 및 탄소-탄소 단일 결합은 나타내지 않음. ex. 탄소에 세 개의 수소가 결합되어 있으면 CH3이라고 나타냄. (3은 아래 첨자) 탄소 사이의 수평 방향 결합은 나타내지 않으나, 수직 방향 결합은 나타낸다. 또는, 묶어서 나타내기도 한다. (ex. 2-methylbutane) 골격 구조식(skeletal structure) 규칙 1. 탄소 원자는 흔히 나타내지 않는다. 대신 탄소 원자는 두 개의 선(결합)의 교차 지점과 각 선의 끝에 있다고 가정한다. 가끔 강조하거나 명확하게 하기 위해 탄소 원자를 표시하기도 한다. 2. 탄소에 결합된 수소는 그리지 않는다. 탄소는 항상 4가를 가지므로 각각의 탄소에 맞는 숫자의 수소를 마음 속에 그려 넣는..

분자 궤도함수(MO) 이론 (Molecular orbital (MO) theory) 공유 결합의 형성: 서로 다른 원자들에 있는 원자 궤도함수(파동 함수)들이 수학적으로 조합되어 분자 궤도함수(molecular orbital)를 형성함. 오비탈이 개별적인 원자에 속하기 보다는 분자 전체에 속하기 때문에 분자 오비탈이라고 함. 오비탈 조합이 일어나는 방법 두 가지 부가 조합(Additive combination): 에너지가 낮고 계란 모양을 한 분자 오비탈. 1s 원자 오비탈보다 에너지가 더 낮다 → 결합성 MO (bonding MO) 상쇄 조합(Subtractive combination): 두 핵 간에 하나의 마디(node)를 갖고 에너지가 높은 분자 오비탈. 1s 원자 오비탈보다 에너지가 더 높다 → ..

질소: 고립 전자쌍을 하나 가지고 있어 최대 3개의 결합을 할 수 있음. ex. methylamine (CH3NH2): 네 개의 sp3 오비탈이 혼성화되어 있고, 이 중 한 오비탈에 고립 전자쌍이 들어가 있음. 산소: 고립 전자쌍을 두 개 가지고 있어 최대 2개의 결합을 할 수 있음. ex. methanol (CH3OH): 4개의 sp3 오비탈 중 두 개는 비결합성 고립 전자쌍이 들어가 있고, 나머지 두 오비탈이 결합 형성에 사용됨. 인, 황: 질소와 산소의 3주기 유사체. 하지만 외각 껍질의 팔전자계를 확장시킬 수 있어 전형적인 공유 결합 수보다 더 많은 결합을 형성할 수 있음. ex. methyl phosphate (CH3OPO3): 인이 산소 네 개와 결합하고 있으며, 그 중 한 산소와는 이중 결합..

sp 혼성(sp hybrid): 한 개의 s 오비탈과 한 개의 p 오비탈이 혼성화한 오비탈. 두 개의 혼성 오비탈이 생기고, 두 개의 p 오비탈은 혼성화되지 않고 남아 있음. 두 sp 오비탈은 x축에서 서로 180도 떨어져서 놓여 있고, 남아 있는 두 p 오비탈들은 y축, z축 상에 수직. 탄소 간 삼중 결합의 형성 sp 혼성 오비탈이 정면으로 겹쳐져 강한 sp-sp 시그마 결합을 형성. 동시에 각 탄소의 py, pz 오비탈도 각각 측면으로 겹쳐져 py-py 파이 결합, pz-pz 파이 결합을 형성함. 이렇게 총 6 개의 전자를 공유하며 삼중 결합을 형성함. Methane, ethane, ethylene 및 acetylene에서 C-C 결합과 C-H 결합의 비교 Problem 1-13. Draw a li..

단일 결합(single bond): 결합한 원자들 사이에 한 개의 전자쌍을 공유한 결합. 이중 결합(double bond): 결합한 원자들 사이에 두 개의 전자쌍을 공유한 결합. 삼중 결합(triple bond): 결합한 원자들 사이에 세 개의 전자쌍을 공유한 결합. sp2 혼성 오비탈(sp2 hybrid orbital): 한 개의 s 오비탈과 두 개의 p 오비탈이 혼성화하여 만들어진 오비탈. 탄소의 경우, sp2 혼성 오비탈을 만들면 혼성화되지 않은 p 오비탈 하나가 남음. 세 개의 sp2 혼성 오비탈은 서로의 결합각이 120도가 되도록 한 평면에 놓여 있고, 남아 있는 p 오비탈은 sp2 혼성 오비탈의 평면에 수직으로 배열됨. sp2 오비탈이 형성된 두 개의 탄소가 서로 접근하면 이들은 sp2-sp2..

Ethane: 탄소 두 개가 C-C 결합을 하고 있고, 각 탄소는 세 개의 수소와 결합을 하고 있는 분자. 각 탄소에 있는 한 개씩의 sp3 혼성 오비탈은 서로 시그마 겹침으로 두 탄소가 결합함. 각 탄소에 남은 세 개의 sp3 혼성 오비탈은 수소의 1s 오비탈과 겹쳐져 여섯 개의 C-H 결합을 형성함. Problem 1-8. Draw a line-bond structure for propane, CH3CH2CH3. Predict the value of each bond angle, and indicate the overall shape of the molecule. Answer. propane bond angle ∠CCC=112∘ ∠HCH=107∘ ∠CCH≈109∘ Problem 1-9. Convert..

Methane: 탄소 하나가 수소 네 개와 결합한 분자. 탄소의 원자가 전자는 2s2 2p2로 2s와 2p 두 종류의 오비탈을 가짐. → 두 종류의 C-H 결합이 있을 것이라고 추측할 수 있음(s-s, p-s). 하지만 실제로는 methane의 모든 C-H 결합이 동등함. ⇒ sp3 혼성(sp3 hybrid)으로 존재하기 때문. sp3 혼성 궤도함수(sp3 hybrid orbital): s 오비탈 1개와 p 오비탈 3개가 혼성화(hybridize)되어 공간적으로 정사면체로 배열된 새로운 오비탈. 두 개의 로브를 가지고 있음. 핵에 대해 비대칭적이며 방향성을 가지고 있음. 다른 원자와 오비탈이 겹치면 강한 결합을 형성함. sp3 orbital 비대칭성의 이유: p 오비탈의 로브가 +, - 두 가지 기호를 ..

원자가 결합 이론(Valence bond theory) 원자 사이의 전자 공유, 즉 공유 결합은 어떻게 형성되는가에 대한 모형. 두 원자가 서로 접근하여 한 원자에 전자 한 개가 들어 있는 궤도함수와 다른 원자의 전자 한 개가 들어 있는 궤도함수가 서로 겹쳐질 때(overlap)에 공유 결합이 형성된다. 겹쳐진 궤도함수 안에서 지금 짝을 이룬 전자들은 양쪽 원자 핵에 의해 서로 끌리게 되고, 따라서 두 원자는 서로 결합한다. ex. H2 분자에서 H-H 결합은 전자 한 개씩이 채워져 있는 두 수소의 1s 오비탈이 서로 겹쳐져서 형성된 것임. 시그마 결합(sigma bond, σ): 두 개의 원자 오비탈이 정면 겹침(head-on overlapping)에 의해 형성된 결합. 원통형 대칭(cylindrica..

고립된 상태의 원자들은 더 안정한(에너지가 더 낮은) 상태의 화합물이 되기 위해 서로 결합함. 보통, 화학 결합이 형성될 때 에너지는 대부분 열의 형태로 화학계(chemical system)으로부터 밖으로 방출되어 낮은 에너지 상태가 됨. 반대로 화학 결합이 끊어질 때는 에너지가 흡수되어 높은 에너지 상태가 됨. 원자가 껍질(valence shell): 전자 껍질 중 가장 바깥에 존재하는(에너지 상태가 가장 높은) 최외각 전자 껍질. 원자가 전자(valence electron): 원자가 껍질에 존재하는 전자. 옥텟 규칙(octet rule) 원자가 껍질에 여덟 개의 전자가 존재해야 가장 안정하다는 규칙. 주로 2주기 원소에 성립. 보편적으로 적용하면, 원소가 주기율표상 가까이 위치한 비활성 기체(nobl..

바닥 상태 전자 배치(ground-state elctronic configuration): 어떤 원자의 가장 안정한 전자 배치. 가장 낮은 에너지 배열. 전자 배치 규칙 1. 쌓음 원리(Aufbau principle): 가장 낮은 에너지 오비탈부터 먼저 채운다. ex. 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d (주의! 4s가 3d보다 낮다.) 2. 파울리의 배타 원리(Pauli exclusion principle): 한 오비탈에는 두 개의 전자만을 채울 수 있고, 이들은 반대 스핀을 가져야 함. (up and down) 3. 훈트 규칙(Hund’s rule): 에너지 상태가 같은 오비탈에 전자가 채워질 때는 최대한 홀전자 수가 많게 배치되며, 서로 같은 스핀을 가지도록 한다. ex. 탄..

궤도함수/오비탈(orbital) 원자 내 전자의 분포 상태, 또는 분포 상태를 기술하는 파동 함수의 해. 원자 내 전자가 어떻게 분포되어 있는가에 대한 함수. Ψ (psi)로 표기. 삼차원 공간에 Ψ 제곱을 도시하면 궤도함수는 하나의 전자가 가장 가능성이 높게 차지할 것 같은 핵 주위의 공간의 부피를 나타냄. → 전자구름 형태로, 전자가 대부분의 시간을 머무르게 되는 (90~95%) 공간을 나타냄. 오비탈의 형태 (s, p, d orbital) 전자 껍질(electron shell): 전자가 핵 주위를 돌면서 만드는 궤도. 한 원자의 궤도들은 순차적으로 보다 큰 크기와 에너지를 가지는 각각의 전자 껍질들로 구성된다. 각각의 전자 껍질은 다른 수와 종류의 궤도함수를 가지며, 하나의 전자 껍질 안에 있는 각..