제10장 화학결합 II [호환 모드]

2012-10-26

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10 장

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화학결합 II:분자의기하구조와원자

궤도함수의혼성화(hybridization)

원자가껍질전자쌍반발 (VSEPR) 모형:

전자쌍 (bonding and nonbonding e- pair)들사이의정전기적반발력으로부터분자의기하구조를예측

AB2 2 0 선형 선형

B B

Class

중심원자와결합한원자수

중심원자의비공유전자쌍수

전자쌍의배치 분자구조

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2

Cl ClBe

2 개의원자가중심원자에결합

중심원자에비공유전자쌍이 0개

염화베릴륨


VSEPR

AB3 3 0삼각평면형 삼각평면형

Class




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3

삼플루오린화붕소(BF3)


VSEPR


AB4 4 0 사면체형 사면체형

Class




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4

메테인 (CH4)


VSEPR



AB5 5 0삼각쌍뿔 삼각쌍뿔

Class




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5

오염화인(PCl5)

팔면체형


VSEPR




AB6 6 0 팔면체형

Class




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육플루오린화황(SF6)

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결합전자쌍vs. 결합전자쌍반발력

비공유전자쌍vs. 비공유전자쌍

반발력

비공유전자쌍vs. 결합전자쌍반발력

< <

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VSEPR


AB2E 2 1 삼각평면형 굽은형태

Class




VSEPR

AB3E 3 1


사면체형 삼각뿔

Class




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VSEPR


AB3E 3 1 사면체형 삼각뿔

AB2E2 2 2 사면체형 굽은형태

Class




VSEPR

AB5 5 0 삼각쌍뿔 삼각쌍뿔

AB4E 4 1 삼각쌍뿔 뒤틀린사면체

Class




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VSEPR


AB4E 4 1삼각쌍뿔 뒤틀린

사면체

AB3E2 3 2삼각쌍뿔 T-자형

Class




VSEPR

AB5 5 0 삼각쌍뿔 삼각쌍뿔

AB4E 4 1 삼각쌍뿔 뒤틀린사면체

AB3E2 3 2 삼각쌍뿔 T-자형

AB2E3 2 3 삼각쌍뿔 선형

Class




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VSEPR

AB6 6 0 팔면체팔면체

AB5E 5 1 팔면체 사각뿔

Class




VSEPR

AB6 6 0 팔면체팔면체

AB5E 5 1 팔면체 사각뿔

AB4E2 4 2 팔면체 사각평면

Class




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분자기하구조예측

SO2와 SF4의기하구조?

SO O

AB2E

굽은형태

S

F

F

F F

AB4E

뒤틀린사면체

1. 분자의 Lewis 구조를그린다.

2. 중심원자의비공유전자쌍과중심원자와결합된원자수를센다.

3. VSEPR을사용하여분자의기하구조를예측한다.

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쌍극자모멘트(Dipole Moments)와극성분자(Polar Molecules)

H F

전자풍부영역전자부족영역

= Q x rQ 전하

r 전하사이의거리

1 D = 3.36 x 10-30 C m

극성분자의움직임

전기장이없을때 전기장이작용되었을때

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다음중어느분자가쌍극자모멘트를가지는가?H2O, CO2, SO2, and CF4

O

쌍극자모멘트극성분자

S

CO O

쌍극자모멘트없음비극성분자

쌍극자모멘트극성분자

C

F

FFF

쌍극자모멘트없음비극성분자

BF3가쌍극자모멘트를갖는가?

서로상쇄

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CH2Cl2가쌍극자모멘트를갖는가?

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결합엔탈피 결합길이

H2

F2

436.4 kJ/mol

150.6 kJ/mol

74 pm

142 pm

원자가결합이론(Valence bond theory) –중첩된원자궤도의전자들을공유함으로써결합이생성된다.

중첩궤도

2 1s

2 2p

Lewis 이론이어떻게 H2와 F2의결합을설명하는가?

두원자가두전자를공유.

두수소원자간의 거리에따른위치에너지의변화

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두개의수소원자가접근하는것에따른전자밀도의변화

원자가결합이론과 NH3

N – 1s22s22p3

3 H – 1s1

만일결합이질소의 3개의 2p 궤도와각수소의 1s 궤도의중첩으로생성된다면, NH3의기하구조는 ?

만일 3개의 2p 궤도를사용한다면900 가예상된다.

H-N-H의실제결합각은

107.30

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혼성화(Hybridization) –두개이상의원자오비탈을섞어새로운혼성궤도함수를만드는것.

1. 적어도 2 개이상의동등하지않은원자궤도함수의혼합(e.g. s and p). 혼성궤도함수는원래의원자궤도함수와다른모양을가진다.

2. 혼성궤도함수의수는혼성과정에사용된원자궤도함수의수와동일하다.

3. 공유결합(Covalent bonds)은다음의경우에생성 :

a. 혼성궤도함수와원자궤도함수의중첩

b. 혼성궤도함수와다른혼성궤도함수의중첩

sp3혼성궤도함수의형성

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CH4 분자의공유결합의형성

적절한결합각은얼마인가?

NH3의 N 원자의 sp3혼성

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sp혼성궤도함수의형성

sp2혼성궤도함수의형성

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비공유전자쌍수+

결합된원자수 혼성화 예

2

3

4

5

6

sp

sp2

sp3

sp3d

sp3d2

BeCl2

BF3

CH4, NH3, H2O

PCl5

SF6

중심원자의혼성을어떻게예측할수있나?

1. 분자의 Lewis구조를그린다.

2. 비공유전자쌍수와중심원자에결합된원자의수를센다.

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탄소의 sp2혼성화

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혼성화되지않은 2pz오비탈(회색)은, 혼성궤도함수(green)의평면과직각이다.

시그마결합() –전자밀도는결합한원자들의핵사이에집중

파이결합() –전자밀도는결합한원자들의핵이위치한평면의위아래에집중됨

에틸렌(C2H4)의결합

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에틸렌의파이결합을다른쪽에서본모습

탄소원자의 sp혼성화

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아세틸렌(C2H2)의결합

아세틸렌을다르게본모습

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CH2O 에있는결합들을설명하라.

CH

OH

C – 3 개의결합된원자, 0 개의비공유전자쌍

C – sp2

시그마 () 와파이() 결합

단일결합 시그마결합 1 개

이중결합 시그마결합 1개와파이결합 1개

삼중결합 시그마결합 1개와파이결합 2개

아세트산 CH3COOH, 식초분자에있는와 결합의수는?

C

H

H

CH

O

O H결합 = 6 + 1 = 7

결합 = 1

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분자궤도함수이론(Molecular orbital theory)–원자궤도함수들의상호작용에의하여분자궤도함수가생성됨으로써결합이생성됨.

O

O

쌍을이루지않은전자가없음

반자기성이어야한다

실험에의하면 O2는상자기성이다

반결합성분자궤도함수(antibonding molecular orbital)는분자궤도함수를만드는데사용된원자궤도함수들보다높은에너지를가지고더불안정하다.

수소분자(H2)의결합성(bonding)과반결합성(antibonding)분자궤도함수의에너지준위.

결합성분자궤도함수(bonding molecular orbital)는분자궤도함수를만드는데사용된원자궤도함수들보다낮은에너지를가지고더안정하다.

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보강(Constructive)과상쇄(Destructive) 간섭

동일한두개의 p오비탈이두개의 상호작용을할수있다반결합성시그마분자궤도함수

결합성시그마분자궤도함수

반결합성파이분자궤도함수

결합성파이분자궤도함수

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2주기원소의동종핵이원자분자(Li2, Be2, B2, C2, and N2)의일반적인분자궤도함수의에너지준위.

한원자의 2s와다른원자의 2p 궤도함수사이의상호작용-> 혼합 -> 2s 와 2p 궤도함수의 에너지가가까워야한다.

1. 생성된분자궤도함수(MOs)의수는사용된원자궤도함수의수와동일하다.

2. 결합성분자궤도함수가안정하면할수록 , 반결합성궤도함수는더불안정하다.

3. 전자는분자궤도함수의에너지가낮은곳부터높은곳으로채워진다.

4. 각각의분자궤도함수는두개까지의전자가채워진다.

5. 전자가같은에너지를갖는분자궤도함수에채워질때 Hund’s의규칙에따른다.

6. 분자궤도함수의전자수는결합원자의모든전자수와같다.

분자궤도함수 (MO)의전자배치분자의전자배치와안정도를지배하는규칙

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결합차수 = 12

결합성분자궤도함수의전자수

반결합성분자궤도함수의전자수( - )

결합차수 ½ 1 0½

안정도순 H2 > H2+, He2

+ > He2

화학종의안정도지표

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전자밀도가벤젠분자평면의위와아래에모여있다.

제10장 화학결합 II [호환 모드]

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