루이스 구조 와 공유결합 1602 김채은 1604 장연수

공유결합[Covalent Bond] 비금속원소는 한 쌍의 전자[electron pair]를 공유하는 공유결합을 한다. 공유결합은 비금속 원소끼리 이루어 지는 결합으로 두 원자가 서로 전자를 제공하여 전자쌍을 이루고 이 전자쌍을 공유함으로써 이루어 지는 결합입니다. 이온화 에너지 표에서 보다 시피 비금속원소는 이온화에너지가 너무 높은 것을 볼 수 있습니다. 비금속원소는 양이온을 형성할 수 없게 되므로 두 원자가 한쌍의 전자를 공유하는 공유결합을 하게 됩니다. 전자비금속 원소들은 금속 원소에 비해 이온화 에너지가 크기 때문에 전자를 잃고 양이온이 되기 어렵다 따라서 이와같은 비금속 형성할 때에는 서로 원자가 전자를 내놓아 원소들이 결합을 쌍을 만들고 이 전자쌍을 공유함으로써 안정한 18족의 전자 배치를 이루는 결합을 형성한다 이와 같이 두 원자가 전자쌍을 공유함으로써 형성되는 결합을 공유결합이라고 한다.

수소원자의 공유결합형성원리 위 그림은 수소원자의 공유결합 을 나타낸 것인데 수소원자의 각각의 전자가 모여 전자쌍을 함께 공유하므로써 수소분자를 형성하게 됩니다.

공유전자쌍 비공유 전자쌍 위 사진은 염산의 루이스 전자식입니다. 위사진에서 양쪽 원자가 공유하는 전자쌍을 공유 전자쌍이라고 하며 공유결합에 참여하지 않는 전자쌍을 비공유 전자쌍이라고 합니다.

Lewis dot formula 다음은 7주기 까지의 원자의 루이스 점자점식 을 나타낸것입니다. 루이스 점자점식은 원소기호에 원자가 전자를 점으로 표현하여 나타낸식입니다. 여기서 , 루이스 점자점식이 나타나지 않은 이 부분은 전이금속, 란탄족, 악티늄족인데 모두 내부껍질이 불완전하게 채워져 있기 때문에 일반적으로 루이스 점 기호를 쓸 수 없습니다..

단일결합(single bond) - 두 원자가 하나의 전자쌍을 공유 결합의 종류에는 단일 결합 이중 결합 삼중결합 총 3종류가 있습니다. 두 원자가 하나의 전자쌍을 공유하는 단일 결합의 예로는 물이 있습니다.

이중결합(double bond) - 두 원자가 2개의 전자쌍을 공유 이중결합은 두 원자가 2개의 전자쌍을 공유하는 구조로 예로는 이산화탄소가 있습니다.

삼중결합(triple bond) - 두 원자가 3개의 전자쌍을 공유. 삼중결합은 두 원자가 3개의 전자쌍을 공유하는 구조로 예로는 질소분자가 있습니다.

octet rule 옥텟규칙 원자핵 주위를 돌고 있는 전자 중 가장 바깥 껍질에 있는 전자(원자가전자)가 8개일 때 매우 안정하게 된다는 학설이다. 8전자 규칙에 대해서 알아보도록 하겠습니다. 팔전자 규칙은 수소를 제외한 다른 원자들은 결합을 형성한 후 8개의 원자가전자에 의해 둘러싸인다는 법칙입니다 예외로 . H, He, Li ,Be 은 2개의 전자만을 갖는 이전자계(duplet)를 만족합니다.

옥텟규칙의 예외 홀수 전자를 가진 분자 B. 팔전자 결핍 분자 C. 원자가 전자의 확장 옥텟규칙은 A B C 세 가지 경우에서 각각 예외가 있습니다.

A. 홀수 전자를 가진 분자 홀수 전자를 가진 분자의 예로 NO를 들겠습니다. 하지만 두가지 모양 모두 홀전자가 존재해서 옥텟규칙을 이루지 못합니다. 팔전자 규칙을 만족시키는 루이스전자구조는 반드시 결합 전자쌍 또는 고립 전자쌍 이 같이 쌍으로 있어야 합니다, 홀수의 전자를 가지고 있는 분자는 팔전자 규칙을 만족시킬수 없습니다.

B. 팔전자 결핍분자 팔전자 결핍분자의 예로 삼플루오르화 붕소가 있습니다. 완성된 루이스 구조식을 보면 플루오르는 옥텟규칙이 만족이 되었지만 붕소는 전자가 6개이므로 옥텟을 만족하지 못했습니다, 이러한 현상이 일어난 이유는 옥텟을 만족해야 되는 전자쌍 2개가 부족하기 때문입니다.

C. 원자가 전자의 확장 SF 6 3주기 이후의 원소 화합물에 대한 루이스 구조는 매우 복잡합니다, 3주기 원자들은 원자가 전자를 확장해서 옥텟을 만족시킬 수 없습니다, 다음은 육플루오린화황으로 원자가 전자의 확장의 예입니다.

루이스구조 다음은 루이스 구조를 그리는 법에 대해서 알아보겠습니다.

루이스 구조식 그리는 법 1. 분자식을 보고 중심전자를 찾음으로써 골격을 추측한다. 2. 분자에 속한 원자의 원자가전자 수 총합을 구한다. 3. 원자들 사이에 단일결합을 배치한다. 4. 말단 원자부터 옥텟 규칙을 만족시키면서 전자를 할당한다. ☞ 옥텟규칙에는 예외가 존재한다. 5. 중심 원자까지 남은 전자를 할당한다. 6. 각원자의 형식전하를 계산한다. ☞ 형식전하 = 원자가전자 수 - 결합수 - 비공유전자수 루이스 구조식을 그리는 법을 소개하겠습니다.

1. 분자식을 보고 중심전자를 찾음으로써 골격을 추측한다 예: 이미 완성된 루이스 구조 입니다. 물분자를 보면 산소가 중심원자에 배치 되어있는 것을 볼 수 있습니다. 이유는 주기율표에서 보다 싶이 산소가 수소보다 크기가 크기때문입니다. 따라서 크기 가 큰 원자를 중심에 배치해 골격을 추측할 수 있습니다.

2. 분자에 속한 원자의 원자가전자 수 총합을 구한다. 2 (1 e–) + 6 e– = 8 e– total 물에서 수소의 원자가 전자수는 각각 1개씩 2개 산소의 원자가 전자수는 6개 이므로 합쳐서 8개 입니다.

3. 원자들 사이에 단일결합을 배치한다.

4.남은 전자를 중심원자에 배치해 옥텟구조를 맞춘다. ☞ 옥텟규칙에는 예외가 존재한다

5. 중심 원자까지 남은 전자를 할당한다 남은 전자가 없다. 남은 전자가 없으므로 넘어가겠습니다.

6. 각원자의 형식전하를 계산한다. 형식전하 = 원자가 전자수 –원자의 결합수 – 비공유전자의 수 형식전하 = 6-2-4=0 ☞형식전하의 존재는 곧 전자의 비편재화를 의미하기 때문에 형식전하를 최소화 할 수 있는 구조로 그리는 것이 바람직하다. ☞형식전하의 분리 시, 전기음성도가 더 큰 원소에 음의 형식전하가 온다. ☞인접한 원자들은 동일한 부호의 형식전하를 가질 수 없다는 것에 유의하여 표시한다

여러가지

삼플루오르화 질소 (NF3)에 대한 루이스구조 ? 삼플루오르화 질소의 루이스 구조도 그려보겠습니다.

1. 분자식을 보고 중심전자를 찾음으로써 골격을 추측한다 주기율표에서 N이 F 보다 더 크므로 중심 원자를 찾을 수 있습니다. NF3의 골격을 추측할 수 있습니다.

2. 분자에 속한 원자의 원자가전자 수 총합을 구한다. N=2s22p3 (원자가전자=5개) F=2s22p5 (원자가전자=7개) 5 +3x7 =26 질소의 원자가 전자는 5개 플루오르의 원자가 전자는 7개 이므로 총 합쳐서 26개 입니다,

3. 원자들 사이에 단일결합을 배치한다.

4.남은 전자를 중심원자에 배치해 옥텟구조를 맞춘다.

5. 중심 원자까지 남은 전자를 할당한다

공명 공명의 개념 공명구조(resonance structure) - 분자를 하나의 루이스구조만으로는 완전히 묘사할 수없을 때 2개 이상의 가능한 루이스구조를 구성하는 각 구조를 의미한다.

예: 탄산이온의 공명구조

예: 오존의 공명구조