¶ 지식 정보
| 해당 지식 | |
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¶ 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍
원자가 전자 중 공유 결합한 전자쌍을 공유 전자쌍이라 하고,
원자가 전자 중 공유 결합하지 않은 전자쌍을 비공유 전자쌍이라 한다.
¶ 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍 예시
아래 그림과 같이 공유 결합을 하고 있는 의 공유 전자쌍과 비공유 전자쌍의 개수를 구해보자.
의 원자가 전자 중 쌍은 중 결합을 이루고 있으므로 공유 전자쌍은 개이고, 원자가 전자 중 쌍(전자 개)은 공유 결합을 하지 않으므로 비공유 전자쌍은 개이다.
¶ 루이스 구조
화학 결합 구조를 원소 기호, 점, 직선 등으로 나타낸 것이다.
원자가 전자 중 비공유 전자 개당 점 개씩 원소 기호의 상하좌우에 표시한다.
단일 결합은 개의 직선으로, 중 결합은 개의 직선으로, 중 결합은 개의 직선으로 나타낸다.
¶ 루이스 구조 예시
아래 그림과 같이 공유 결합을 하고 있는 의 루이스 구조식을 그려보자.
개의 원자가 중 결합을 하고 있으므로 개 사이에 개의 직선을 그린다.
원자는 각각 개의 비공유 전자를 가지므로 원소 기호의 상하좌우에 점 개를 표시한다.
따라서 의 루이스 구조식은 아래 그림과 같다.
¶ 루이스 전자점식
루이스 구조에서 공유 결합을 직선이 아닌 점(전자)으로 나타낸 것이다.
단일 결합은 결합하고 있는 두 원자 사이 개의 점으로,
중 결합은 결합하고 있는 두 원자 사이 개의 점으로,
중 결합은 결합하고 있는 두 원자 사이 개의 점으로 나타낸다.
¶ 루이스 전자점식 예시
를 루이스 전자점식으로 나타내면 아래 그림과 같다.
¶ 자유 원자
원자가 다른 원자와 결합하지 않고 중성 원자인 상태이다.
¶ 형식 전하
형식 전하 자유 원자의 원자가 전자 수공유 전자쌍 수비공유 전자 수로,
공유 전자를 균등하게 나눠 가진다고 가정할 때, 전자를 얼마나 가지고 있는지를 나타내는 물리량이다.
화합물을 이루는 원자의 형식 전하가 에 가까울수록 전자가 고르게 퍼져 있어 더 안정하다.
¶ 형식 전하 예시
의 루이스 구조식이 아래 그림과 같을 때, 각 원자의 형식 전하를 구해보자.
-
의 형식 전하 구하기:
형식 전하는 자유 원자의 원자가 전자 수공유 전자쌍 수비공유 전자 수에서
의 자유 원자의 원자가 전자 수는 ,
와 중 결합을 하고 있으므로 공유 전자쌍 수는 ,
비공유 전자 수는 이므로
의 형식 전하는 이다. -
의 형식 전하 구하기:
형식 전하는 자유 원자의 원자가 전자 수공유 전자쌍 수비공유 전자 수에서
의 자유 원자의 원자가 전자 수는 ,
와 중 결합을 하고 있으므로 공유 전자쌍 수는 ,
비공유 전자 수는 이므로
의 형식 전하는 이다.
¶ 루이스 구조를 통해 화학 결합 구조 나타내기
화합물을 구성하는 원소별 자유 원자일 때의 원자가 전자 수(㉠)를 구한다.
화합물을 구성하는 개별 원자의 ㉠의 합을 구한다. 화합물이 이온인 경우 ㉠의 합에 얻거나 잃은 전자를 반영해준다.
예를 들어, 의 경우 전자 개를 추가로 얻어 상대적 전하가 이므로 ㉠의 합에 를 더한다.
전기 음성도가 상대적으로 낮은 원자를 중심 원자로 정하고 중심 원자와 나머지 원자 사이에 단일 결합을 그린다.
남은 전자를 구한 후 바깥쪽 원자에 넣는다.
바깥쪽 원자에 넣고도 남은 전자는 중심 원자에 넣고 중심 원자가 옥텟 규칙을 만족하지 않는 경우 다중 결합을 그린다.
에서 가능한 경우가 여러 개인 경우 각 원자의 형식 전하를 계산하여 형식 전하가 에 가장 가까운 경우(가장 안정한 구조)를 찾는다.
¶ 루이스 구조를 통해 화학 결합 구조 나타내기 예시
의 루이스 구조식을 그려보자.
화합물을 구성하는 원소별 자유 원자일 때의 원자가 전자 수 (①)를 구한다.
는 와 로 이루어지며,
가 자유 원자일 때의 원자가 전자 수:
가 자유 원자일 때의 원자가 전자 수: 이다.
화합물을 구성하는 개별 원자의 ①의 합을 구한다. 화합물이 이온인 경우 ①의 합에 얻거나 잃은 전자를 반영해준다.
는 개의 , 개의 로 이루어지므로
화합물을 구성하는 개별 원자의 ①의 합은 이다.
는 중성이므로 추가로 반영할 점은 없다.
전기 음성도가 상대적으로 낮은 원자를 중심 원자로 정하고 중심 원자와 나머지 원자 사이에 단일 결합을 그린다.
같은 주기에서 원자 번호가 증가할 때 전기 음성도가 증가하므로 전기 음성도는 가 보다 작다.
따라서 아래 그림과 같이 중심 원자를 로 정하고, 와 나머지 원자 사이에 단일 결합을 그린다.
남은 전자를 구한 후 바깥쪽 원자에 넣는다.
총 개의 전자에서 개의 전자(개의 단일 결합)가 공유 결합으로 사용되었으므로 남은 전자는 개이다.
남은 전자 개를 바깥쪽 원자에 각각 개씩 넣으면 아래 그림과 같다.
바깥쪽 원자에 넣고도 남은 전자는 중심 원자에 넣고 중심 원자가 옥텟 규칙을 만족하지 않는 경우 다중 결합을 만든다.
남은 전자는 없지만, 중심 원자()가 옥텟 규칙을 만족하지 않으므로
바깥쪽 원자()의 비공유 전자쌍을 공유 전자쌍으로 바꿔 다중 결합(중 결합)을 만들면,
아래 그림과 같이 총 가지의 경우를 만들 수 있다.
에서 가능한 경우가 여러 개인 경우 각 원자의 형식 전하를 계산하여 형식 전하가 에 가장 가까운 경우(가장 안정한 구조)를 찾는다.
-
㉠을 구성하는 원자의 형식 전하 구하기:
왼쪽에 위치한 의 형식 전하:
의 형식 전하:
오른쪽에 위치한 의 형식 전하: -
㉡을 구성하는 원자의 형식 전하 구하기:
왼쪽에 위치한 의 형식 전하:
의 형식 전하:
오른쪽에 위치한 의 형식 전하: -
㉢을 구성하는 원자의 형식 전하 구하기:
왼쪽에 위치한 의 형식 전하:
의 형식 전하:
오른쪽에 위치한 의 형식 전하:
㉠, ㉡, ㉢ 중 ㉡의 형식 전하가 에 가장 가까우므로 의 루이스 구조식은 아래 그림과 같다.
¶ 적용 문항
¶ 1번 문항
정답: $5$
ㄱ. 와 은 중 결합을 하고 있으므로 에는 중 결합이 있다. (O)
ㄴ. 같은 주기에서 원자 번호가 증가할 때 전기 음성도가 증가하므로 전기 음성도는 이 보다 크다.
전기 음성도가 클수록 공유 결합하고 있는 전자를 더 잘 끌어당기므로 질소()는 부분적인 음전하()를 띤다. (O)
ㄷ. 와 는 단일 결합을, 와 은 중 결합을 하고 있으므로 에서 공유 전자쌍은 개이고,
비공유 전자쌍은 에만 개 있으므로 에서 (공유 전자쌍의 수)/(비공유 전자쌍의 수) 이다. (O)
따라서 답은 번이다.
¶ 2번 문항
정답: $4$
형식 전하 자유 원자의 원자가 전자 수공유 전자쌍 수비공유 전자 수에서
의 자유 원자의 원자가 전자 수는 , 왼쪽에 위치한 와 단일 결합, 오른쪽에 위치한 와 중 결합을 하고 있으므로
공유 전자쌍 수는 , 비공유 전자 수는 이므로 의 형식 전하는 이다.
따라서 답은 번이다.