Chapter 9. 화학 결합Ⅰ : 공유 결합 울산대학교 화학과 정 한 모

팔전자 규칙 원자는 원자가 전자를 8개 (첫째 주기는 2개) 가져 안정하게 되려는 경향이 있다. 그림 9.1 • 주족 원소와 영족 기체에 대한 루이스 점 기호. 쌍을 이루고 있지 않는 점의 수는 화합물에서 원자가 결합할 수 있는 결합의 수와 일치한다.

+ + 2. 이온 결합 : 금속 + 비금속 [He]2s1 [He]2s12p5 [Ar]4s2 [He]2s22p4 e- [He] [Ne] 플루오린화 리튬. 산업적으로 LiF는(다른 대부분의 이온 결합 화합물과 마찬가지로)그 화합물을 포함하고 있는 광물질을 정제해서 얻는다. 정전기적 결합 LiF(s) + 2e- [Ar]4s2 [He]2s22p4 [Ar] [Ne] 정전기적 결합 CaO(s)

3. 공유 결합과 루이스 구조 단일 결합 + 2개 H-H 공유전자쌍 + 8개 고립전자쌍 이중 결합 삼중 결합

체계적으로 루이스 구조 그리기 모든 원자의 원자가 전자 수를 합한다 원자들을 단일 결합으로 연결한다 주변 원자의 팔전자계를 완성한다 나머지 전자들을 중심원자에 부가한다(팔전자계가 초과되더라도) 만일 중심원자가 8개 전자보다 적은 경우, 주위 원자로 부터 중심 원자에 팔전자를 완성할 수 있도록 고립 전자쌍을 사용하여 중심 원자와 주위 원자 사이에 이중 결합 혹은 삼중 결합을 그려 넣는다 형식전하를 할당한다.

NF3 5 7 5 + 3×7 = 26 24개 26개 HCN 1 + 4 + 5 = 10

형식전하 NH4+ 5 + 4 × 1 – 1 = 8 N의 전자 : 4 개 (원래 5개) ⇒ + 1 “형식 전하는 실제 각 원자의 전하와 동일하지는 않음”

공명구조 H3+ 3 × 1 – 1 = 2 공명구조             공명혼성구조 “실제 분자의 세 결합길이는 동일함”

3 × 6 = 18 O3 “실제 O3의 O-O 결합 길이는 양쪽이 동일함” 공명구조 공명혼성구조 4개 16개 18개     3개 공명구조 공명혼성구조 오존에 대한 정전기 퍼텐셜 지도. 전자 밀도는 두 개의 끝부분 산소 원자들 사이에 골고루 분포되어 있다. 끓는점(-111.3℃) 아래에 있는 액체 오존. 오존은 자극성 냄새가 나는 연푸른색의 유독기체이다.

“실제 벤젠의 C-C 결합 6개의 길이는 동일함” 벤젠 : C6H6 “실제 벤젠의 C-C 결합 6개의 길이는 동일함” 3개 공명혼성구조 공명구조 공명혼성구조

팔전자규칙의 예외 보통 불안정한 (반응성이 큰) 물질들이 많음 (팔전자 규칙을 만족하는 화합물로 변화하려는 경향이 큼) 8개 보다 적은 경우 H-Be-H (2) 홀수 전자 다른 2A족 원소와는 달리 베릴륨은 BeH2에서와 같이 주로 공유 결합을 형성한다.

(3) 8개 보다 많은 경우 3주기 이후의 원자들 (3d 궤도가 결합에 참여) (3) 8개 보다 많은 경우 3주기 이후의 원자들 (3d 궤도가 결합에 참여) 노란색 : 2족 원소는 확장된 팔전자계를 가질 수 없다. 파란색 : 3주기 이상의 원소와 그 이상은 확장된 팔전자계를 가진다. 녹색 : 영족 기체는 보통 확장된 팔전자계를 가진다.

All3는 이합체 Al2l6를 형성하는 경향이 있다. PF5는 반응성이 있는 기체화합물이다.

SO42-

4. 전기음성도 원자가 공유된 전자를 끌어 당기는 정도에 관한 척도 주기율표의 오른쪽 위쪽 F : 4.0으로 최대값 그림 9.5 • 일반적인 원소들의 전기음성도. 그림 9.6 • 원자 번호에 따른 전기음성도 변화. 할로젠이 전기음성도가 가장 높으며, 알칼리 금속이 가장 낮다. 주기율표의 오른쪽 위쪽 F : 4.0으로 최대값

비극성 공유결합 극성 공유 결합 이온 결합 전기음성도 차이 > 2.0 이온 결합 0.3 ~ 2.0 극성 공유 결합 - + 그림 9.4 • HF 분자의 전자 퍼텐셜 지도. 전자 분포는 무지개의 색깔에 따라 다르다. 전자가 가장 풍부한 영역은 붉은색 부분이며, 전자가 가장 부족한 영역은 푸른색 부분이다. 전기음성도 차이 > 2.0 이온 결합 0.3 ~ 2.0 극성 공유 결합 < 0.3 비극성 공유 결합

그림 9.7 • 이온 결합성 백분율과 전기음성도 차이 사이의 관계. 가장 전기음성적인 원소는 비금속(5A ~ 7A족)이며, 가장 전기음성도가 작은 원소는 알칼리 금속, 알칼리 토금속(1A ~ 2A족) 및 알루미늄이다. 2A족의 첫 번째 원소인 베릴륨 대부분 공유 결합 화합물을 형성한다.

공유 결합 화합물에서 구성 원자의 산화수 전기음성도가 큰 원자 쪽으로 전자가 완전히 이동한 것으로 생각하고 부여함

5. 결합엔탈피 결합엔탈피 (혹은 결합에너지) 기체 상태에서 결합을 끊는데 필요한 에너지 ΔH° = 436.4 kJ H-H의 결합엔탈피 : 436.4 kJ/mol ( D(H-H) ) ΔH° = 242.7 kJ Cl-Cl의 결합엔탈피 : 242.7 kJ/mol ( D(Cl-Cl) )

ΔH° = 2 D(H-H) + D(O=O) – 4 D(O-H) 2) 결합엔탈피를 이용한 반응엔탈피 계산 2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) H-H O=O H-O-H 2 D(H-H) 4H (g) + O2 (g) -4 D(O-H) D(O=O) 4H(g) + 2O(g) ΔH° = 2 D(H-H) + D(O=O) – 4 D(O-H) = 2 mol × 436.4 kJ/mol + 1 mol × 498.7 kJ/mol – 4 mol × 460 kJ/mol = -469 kJ

6. 이온결합 화합물의 격자에너지 본-하버 순환(Born-Harber Cycle) Li+(g) + F(g) LiF(s)   ΔH°전체   헤스의 법칙에 따르면 ΔH°전체 = ΔH°1 + ΔH°2 + ΔH°3 + ΔH°4 + ΔH°5 또는 -594.1 kJ = 155.2 kJ + 78.5 kJ + 520 kJ – 328 kJ + ΔH°5 로 나타낼 수 있으므로 ΔH°5 = -1020 kJ

E ∝ r QLi+QF- = k Report : 실전 연습 9.8 제외한 전부 격자 에너지 : 1 mol의 고체 이온화합물을 기체 상태의 이온으로 완전히 분리하는데 필요한 에너지 LiF(s) + energy Li+(g) + F-(g) 굉장히 큰 양수 값으로 ΔH°전체 가 큰 음수가 되는데 기여 이온 전하 ↑ 격자 에너지 ↑ 이온 크기 ↓ 격자 에너지 ↑ 격자 에너지↑ 녹는점↑ E ∝ QLi+QF- r = k Report : 실전 연습 9.8 제외한 전부