제 7 장 : 화학결합

차례 7-01 원자의 루이스 구조식 이온결합 7-02 이온성 화합물의 형성 공유결합 7-03 공유결합의 형성 7-04 분자와 다원자 이온의 루이스 구조식 7-05 옥테드 법칙 7-06 공명 7-07 루이스 구조식에서 옥테드 법칙의 한계 7-08 극성과 비극성 공유결합 7-09 쌍극자 모멘트 7-10 결합형태의 연속성

학습목표 원자들의 루이스 점 구조식을 그린 그림 특정 원자로 이루어진 결합이 이온, 공유, 또는 극성 공 유결합인지를 예상 이온결합 화합물과 공유결합 화합물의 비교와 반대되 는 특징 결합이 화합물에 미치는 영향에 대한 설명 이온결합은 어떻게 형성되는가에 대한 설명 이온결합 화합물의 에너지 관계에 대한 설명

이온결합 화합물의 화학식 예상 공유결합은 어떻게 형성되는가에 대한 설명 분자와 다원자 이온의 루이스 점식 및 선식 표기 옥테드 법칙의 예외 공유구조에서 원자의 형식전하 표시 공명에 대한 설명과 공명구조 그리기 전기 음성도 차와 결합의 본질과의 관계

탄소 원자들이 3 차원적으로 정렬된 공유 결합으로 알려진것 중 가장 경도가 큰 물질인 다이아몬드를 만든다.

7-01 원자의 루이스 구조

원소의 최외각 전자 수의 배치는 화학 결합 뿐만 아니라 화학적 물리적 성질을 결정한다 화학적으로 중요한 최외각 전자를 나타내는 간편한 방법으로 루이스 점 구조식 (Lewis dot Formulas) 을 사용한다.

7-02 이온성 화합물의 형성

이온결합은 많은 반대로 하전된 이온들의 인력이며 고체를 만든다. 이런 고체 화합물을 이온성 고체라고 한다. 금속과 비금속처럼 두 원소 사이의 전기 음성도 차이 Δ(EN) 가 클 때 원소들은 이온결합 화합물을 형성하려 한다.

금방자른 나트륨은 금속 광택을 떠나 곧 공기와 반응하여 하얗 게 변한다. 몇가지 이온 결합 화합물들, 시계 방향으로 NaCl( 흰색 ),CuSO 4 5H 2 O ( 청색 )NiCl 2 6H 2 O( 녹색 ),K 2 Cr 2 O 7 ( 주 황색 ), 그리고 CoCl 2 6H 2 O( 빨강색 ) 1mol 에 해당하는 양

A 족 원소들은 주기율표에서 멀리 있을수록 이온결합을 더욱 잘 형성한다.

그림 7-1 NaCl 결정구조의 한 표시, 각 Cl - 이온은 6 개의 Na + 이온은 6 개의 Cl - 이온에 둘러 싸여 있다.

리튬은 금방잘랐을 때는 표면이 반짝이 지만 공기에 노출하면표면은 산화 리튬으로 변한다.

그림 7-2. Na(g) + Cl(g) NaCl(s) 반응에서 에너지 변화를 나타내는 도식 도.

7-03 공유 결합의 형성

그림 7-3 두 수소 원자들 사이에 공유 결합 이 형성되는 과정 (a) 두 수소가 아 주 멀리떨어짐 (b) 두 수소가 접근하면 전자는 다른 원소의 핵으로 부터 인력 을 받음 (c ) 두 전자가 1s 궤도함수에 차 들어가 중첩되고 핵 사이의 전자밀도 가 최대로 된다.

그림 7-4. 두 핵간 거리함수로 나타낸 H 2 분자의 위치 에너지.

공유결합은 두 원자가 하나 이상의 전자쌍을 공유할 때 형성. 공유결합은 원자사이의 전기 음성도 차이. Δ(EN) 가 0 이거나 아주 작을 때 형성된다. 단일 공유 결합 : 두개의 원자가 1 쌍의 전자를 공유 이중 공유 결합 : 두개의 원자가 2 쌍의 전자 를 공유 삼중 공유결합 : 두개의 원자가 3 쌍의 전자 를 공유

7-04 분자와 다원자 이온의 루이 스 식

7-05 옥테드 법칙

S = N – A S = 결합에 참여한 전자수 N = 0 족 기체의 전자배치를 갖기 위해 필요한 전자의 총수 (N = 8 × 원자수 [H 제외 ] + 2 × H 원자수 ) A = 모든 원자에 포함된 원자가 전자의 수. 이 경우 음이온은 전하수만큼 전자를 더하고 양이온은 전자를 뺀다.

7-06 공명

공명 : 같은 원자 배열을 하면서 두개 이상의 루이스 식이 가능한 경우

7-07 루이스 구조식에서 옥테드 법칙의 한계 옥테드 법칙의 한계 A. 대부분의 베릴륨 (Be) 공유결합 화합물 ; Be 는 2 개의 원자가 전자만을 가지기 때문에 두 개의 다른 원소와 결합할 때 단지 2 개의 공유결합만 형성한다. B. 대부분의 IIIA 족, 특히 보론 (B) 공유결합 화 합물. IIIA 족 원소는 3 개의 원자가 전자만을 가질 수 있기 때문에 세 개의 다른 원소와 결합할 때 단지 3 개의 공유결합만 형성한다.

C. 홀수의 전자를 포함하는 화합물이나 이온들 ; 11 개 의 원자가 전자를 가진 NO 와 17 개의 원자가 전자를 가진 NO2 가 그 예다. D. 중앙 원자가 활용할 수 있는 모든 전자 A 를 사용할 경우 8 개의 원자가 전자보다 많은 공유를 필요로 할 때, 이 경우를 만나게 되면 7-5 절의 과정에서 2 단계 와 4 단계에 다음이 추가되어야 한다. 2a 단계 : 만약 S, 공유된 전자수가 모든 원자와 중앙 원자와의 결합 때 필요한 수보다 작다면, S 가 필요로 하는 전자의 수까지 증가한 다. 4a 단계 : 만약 S 가 2a 단계에서 증가했다면, 모든 전자들 (A) 이 더해 지기 전에 모든 원자들의 팔중항을 만족할 것이다. 추가된 전자는 중앙 원자에 놓인다.

7-8 극성과 비극성 공유결합 극성 공유결합 전자쌍을 동등하게 공유하지 않은 공유결합 비극성 공유결합 전자쌍을 동등하게 공유한 공유결합

7-9 쌍극자 모멘트

 쌍극자 모멘트의 정의 서로 다른 부호의 같은 값을 가지는 분리된 전하의 크기 (q) 와 둘 사이의 거리 (d) 의 곱으로 정의 μ = q × d

그림 7-5. HF 와 같은 극성 분자들은 전기장에 놓이면 전기장의 방향과 반대 방향으로 정렬된다.

7-10 결합형태의 연속성

부분적인 이온성 : 결합된 원자들 사이에 전기 음성도 차이가 클 수록 증가 한다. 부분적인 공유성 : 양이온과 음이온이 강하 게 작용할때 어느정도의 전자를 공유하게 되는 경우

요약 이온결합 : 많은 수의 반대 전하를 가진이온 ( 양이온과 음이온 ) 들이 서로 끌어 당겨 고체를 형성함. 이온은 한 원자나 그룹에서 다른 원 자나 그룹으로 전자가 이동되어 형성된다. 공유결합 : 두 원자가 하나 이상의 전자쌍을 공유 할때 형성된다. 원 자 사이의 전기 음성도 차이 가 0 이거나 아주 작을 때 형성된다. 단일 공유 결합 : 두개의 원자가 1 쌍의 전자를 공유 이중 공유 결합 : 두개의 원자가 2 쌍의 전자를 공유 삼중 공유결합 : 두개의 원자가 3 쌍의 전자를 공유 옥테트 법칙 : 많은 주족 원소들은 그들의 원자 껍질에 8 개의 전자를 가지게 된다. 공명 : 한 분자나 이온이 루이스 전자 구조를 그릴때 두개이상의 구 조식을 그릴 수 있는 ( 비편재화 ) 극성결합 : 두 원자 사이 전기 음성도 가 커서 전자 밀도가 비 대칭 적으로 분포된 공유결합

비극성 공유결합 : 두 원자의 전기 음성도가 같아 전자 밀도가 대 칭적으로 분포된 공유 결합