Bond angle ( 결합각 ) 과분자형태 분자의결합각 (bond angle) 과구조는전자쌍들이서로반발하고최대한멀리떨어진다는개념을활용하는원자가껍질전자쌍반발 (valence shell electron pair repulsion, VSEPR) 모형을이용하여예

13 1.4 Bond angle ( 결합각 ) 과분자형태 분자의결합각 (bond angle) 과구조는전자쌍들이서로반발하고최대한멀리떨어진다는개념을활용하는원자가껍질전자쌍반발 (valence shell electron pair repulsion, VSEPR) 모형을이용하여예측할수있다. Methane ( 4 ) 은 4개의 - 가서로가장멀리떨어질수있는각도는 109.5 o 이므로, 정사면체 (tetrahedral) 구조를가지며결합각 ( ) 은 109.5 o 이다. Ammonia (N 3 ) 는 3개의 N-를가지고있으며, 비공유전자쌍의반발력이결합전자쌍보다약간크므로결합각 ( N) 은 107.3 o 이고피라미드형태 (pyramidal) 의구조를가진다. 2 는 2개의 -를가지고있으며, 두쌍의비공유전자쌍의반발력으로인하여결합각 ( ) 은 104.5 o 이고굽은 V자형태의구조를가진다. Formaldehyde () 와 ethylene ( 2 = 2 ) 에서는각각 =와 =의이중결합을가지고있으며, 탄소를중심으로하는구조는 trigonal planar ( 평면삼각형 ) 이다. 이중결합을구성하는 4개의전자들은단일결합을구성하는 2개의전자보다반발력이더크므로결합각 와 는 120 o 보다약간커지고, 결합각 는 120 o 보다약간작아진다. Fig. 1.2 ~ 1.6 : 4, N 3, 2,, 2 = 2, 2, 의분자모형및 결합각 Table 1.9 : 분자의모양 (VSEPR 모형 ) 예제 1.13 & 문제 1.13 : 분자들의결합각예측 (a) 3 l (b) 2 = 2 (c) 2 3

14 1.5 극성 (polar) 과비극성 (nonpolar) 분자 분자가극성혹은비극성인지를예측하기위해서는 1 분자가극성결합을갖고 있는지와 2 분자의기하학적공간구조의두가지요소를활용해야한다. 분자의 극성결합은쌍극자모멘트로표시되며, 각쌍극자모멘트의총합이 0 이면비극성 이고, 총합이 0 보다크면극성이다. arbon dioxide ( 2 ), boron trifluoride (BF 3 ), carbon tetrachloride (l 4 ) 에서 각각의 =, B-F, -l 결합은극성이지만, 이들결합의쌍극자모멘트벡터합은 0 이므로 2, BF 3, l 4 는모두비극성이다. l F F B δ- δ+ δ- l l F l arbon dioxide Boron trifluoride arbon tetrachloride μ = 0 D μ = 0 D μ = 0 D 2 와 ammonia (N 3 ) 에서는각각 - 와 N- 가극성결합이며, 쌍극자모멘트의 총합이 0 보다크므로모두극성분자이다. Water μ = 1.85 D N Ammonia μ = 1.47 D 예제 1.14 & 문제 1.14 : 극성, 비극성의판단및쌍극자모멘트방향 (a) (b) - - (c) 2 l 2 (d) 1.6 양자역학 (quantum) 또는파동역학 (wave mechanics) Lewis 결합모형으로부터원자의배위수 ( 원자가결합할수있는결합의수 ) 를다루었고, VSEPR 모형으로부터분자의결합각과기하학적구조를다루었다. 그러나이두가지모형은왜원자가를방출하면서공유결합을형성하는지를설명해주지는못한다. 양자역학과파동역학은화학결합의론을다루는분야이다. A. 파동 (wave) 성질을나타내는움직이는입자 (particle) 공유결합에대한새로운접근은 Einstein에의하여시작되었으며, 1905년 Einstein 은빛은전자기복사 (electromagnetic radiation) 의광자 (photon) 로이루어졌다고생각하였다. 광자의는빛의진동수 (ν, frequency) 에비례하며, 파장 (λ, wavelength) 에는반비례하는것으로제시하였다. E = hν = h c λ h : Plank 상수 ν : frequency ( 진동수 ) c : 빛속도 λ : wavelength ( 파장 )

15 또한 1923 년 Broglie 는빛이움직이는입자와같은성질을나타낸다면, 움직이는 입자가파동 (wave) 의성질을나타낸다고제시하였다. h λ = mv h : Plank 상수 m : 질량 v : 속도 이러한파동을묘사하는방정식을파동방정식 (wave equation) 이라고하며, 파동함수가 0의값을갖는마디 (node) 를중심으로파동의상부는양 (+), 하부는음 (-) 으로그상 ( 相, phase) 을표시한다. 빛의파동성질을원자나분자에적용시킨것은 1926년 Schrodinger에의하여이루어졌으며, 양자역학 (quantum) 또는파동역학 (wave mechanics) 은입자에관련된파동을연구하는분야이다. Schrodinger 방정식을풀면파동함수 (ψ, wave function) 라는답을구할수있으며, 이파동함수는삼차원공간을차지하며궤도함수 (orbital) 이라부른다. 궤도함수는전자가분포하는공간을의미하며, 각궤도함수는 2개보다많은전자를가지지않는다. Fig. 1.7 : 파동의특징 B. s와 p 원자궤도함수 (orbital) 모양모든 s 궤도함수들은핵에중심을갖는구형 ( 球型, sphere) 의모양을가지며, 삼차원의공간에서모든축 (x, y, z) 방향으로대칭구조를이루고있다. 궤도함수는중앙의핵과일직선으로배열되어있는 2개의로브 (lobe, 둥근돌출부 ) 로구성되어있다. 3개의 궤도함수들은각각서로수직을이루며, x, y, z 로분류된다. Fig. 1.8 : 1s 와 궤도함수의표현 Fig. 1.9 : x, y, z 원자궤도함수의 3 차원표현 1.7 공유결합의분자궤도함수 (molecular orbital) 이론과 원자가결합 (valence bond) 이론 A. 분자궤도함수이론 ; 분자궤도함수의형성 Molecular orbital(m, 분자궤도함수 ) 이론은원자내의전자는원자궤도함수에존재하지만, 원자사이에서결합으로형성된분자내의전자는분자궤도함수에존재한다고가정한다. 분자궤도함수이론에서는분자내에있는전자는분자전체에걸쳐존재하며, 분자를이루는원자궤도함수의조합으로형성되는분자궤도함수를채운다는화학결합이론이다. 분자궤도함수를공유결합형성에적용하기위해서는다음의규칙이이용된다.

16 1 원자궤도함수 n 개가결합하여새로운분자궤도함수 n 개를형성한다. 즉, 형성 된분자궤도함수의수는결합된원자궤도함수들의수와동일하다. 2 원자궤도함수와마찬가지로분자궤도함수도가증가하는순서로배열 되어있다. 분자궤도함수의크기는분자분광학의실험으로측정되며, 파동함수를풀어서이론적으로도계산된다. 3 분자궤도함수에전자를채우는것은원자궤도함수에채우는것과동일하다. 분자궤도함수에전자를채울때가장준위가낮은분자궤도함수부터차례로채워지기시작한다 ( 축조원리 ). 분자궤도함수는 2개보다많은전자를가질수없으며, 채워진전자들은반대스핀을가져야한다 (Pauli 배타원리 ). 준위가같은분자궤도함수가있는경우는각각 1개씩전자를채워준다 (und 규칙 ). 수소분자 ( 2 ) 의분자궤도함수형성 : 2개의수소원자궤도함수가결합하면 2개의분자궤도함수가형성되는데, 이중에서원자궤도함수보다가낮아안정한것을결합성분자궤도함수 (bonding molecular orbital), 원자궤도함수보다가높아불안정한것을반결합성분자궤도함수 (antibonding molecular orbital) 라고한다. 수소원자 () 는 1개의전자를가지고있으며, 각각의전자를공유하면 - 의 σ ( 시그마 ) 결합을형성하면서안정해진다. σ 결합을이루는 2개의전자는분자내에존재하게되며, 결합성분자궤도함수에반대스핀을이루면서차례로전자를채우게된다. 결합성분자궤도함수는전자들이고립된원자궤도함수보다낮은를가지며, 가장낮은상태이므로바닥상태 (ground state) 로도불려진다. 한편수소분자 ( 2 ) 에를공급하면결합성분자궤도함수에있던전자가반결합성분자궤도함수로올라가게되는데, 이궤도함수는가가장높은상태이므로들뜬상태 (excited state) 로도불려진다. Fig. 1.10 : 1s 원자궤도함수의결합에의한분자궤도함수 Fig. 1.11 : 수소분자 ( 2 ) 의 molecular orbital energy diagram( 분자궤도함수 도표 )

17 B. 원자가결합 (valence bond) 이론 ; 원자궤도함수 (atomic orbital) 의 혼성화 (hybridization) 두개의수소원자간의공유결합형성은두개의 1s 궤도함수가겹쳐져 σ 분자궤도함수를형성하면서일어난다. 이러한원리는원자궤도함수들이겹쳐짐으로결합이이루어진다는원자가결합이론과일치하며, 두전자가원자사이에표시되어결합을이루는 Lewis 구조와도일치한다. 이러한원자가결합이론은 와 원자궤도함수를이용하는 2주기원소들에적용하는데문제가있다. 만약 2주기원소가 궤도함수를이용하여공유결합을형성한다면, 궤도함수들은서로 90 o 의각도를가지므로결합각도 90 o 가되어야한다. 그러나결합각 90 o 는분자에서거의측정되지않는다. 유기화합물의결합각은단일결합만을가지는분자는약 109.5 o, 이중결합을가지는분자는약 120 o, 삼중결합을가지는분자는 180 o 로측정되었다. 이와같이측정된결합각의크기를설명하기위하여 Pauling은원자궤도함수들이서로결합하여혼성궤도함수 (hybrid orbital) 라는새로운궤도함수를형성한후, 이혼성궤도함수끼리혹은혼성궤도함수와다른원자궤도함수가겹쳐짐으로서분자궤도함수를형성한다고제안하였다. 원자궤도함수의조합으로혼성궤도함수를만드는과정을혼성화 (hybridization) 라고하며, 2주기원소들은 sp 3, sp 2, sp 로나타내는세종류의혼성궤도함수를형성한다. 1) sp 3 혼성궤도함수 : 약 109.5 o 의결합각 원자궤도함수 1개와 원자궤도함수 3개가결합하여 4개의동등한 sp 3 혼성궤도함수를형성한다. 각각의 sp 3 혼성궤도함수는 25% s-성질 (character, 특성 ) 과 75% p-성질을갖으며, 한쪽방향으로향하는큰 lobe와반대방향으로향하는작은 lobe로이루어져있다. 4개의 sp 3 혼성궤도함수가가장멀리떨어질수있는기하학적구조는정사면체이므로 sp 3 혼성궤도는약 109.5 o 의결합각을가진다. 1 4 의분자구조및결합각 1s 2 2 2 의전자배치를갖는탄소 () 원자는 1개의 궤도함수와 3개의 궤도함수가혼성화되어 4개의동등한 sp 3 혼성화궤도함수를형성한다. 각각의 sp 3 혼성화궤도함수는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여 4개의동등한 - 공유결합을형성한다. 4개의 - 결합이가장멀리떨어지는기하학적구조는정사면체이며, 정사면체의중심에탄소가위치하고네모서리에네개의수소가위치하므로 4 분자에서결합각 ( ) 은모두 109.5 o 이다. sp 3 109.5 o bonding between 1s orbital of and sp 3 orbital of ybridization of carbon () Tetrahedral

18 2 N 3 의분자구조및결합각 1s 2 2 3 의전자배치를갖는질소 (N) 원자는 1개의 궤도함수와 3개의 궤도함수가혼성화되어 4개의 sp 3 혼성화궤도함수를형성한다. 이중에서 3개의 sp 3 혼성화궤도함수는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여 3개의동등한 N- 공유결합을형성하고, 고립전자쌍 (lone pair) 1개는남아있다. 3개의 N- 결합이가장멀리떨어지는기하학적구조는피라미드이며, 비공유전자쌍은공유전자쌍보다반발력이더크므로 N 3 분자에서결합각 ( N) 은모두 107 o 가된다. sp 3 lone pair or nonbonding electron N bonding between 1s orbital of and sp 3 orbital of N ybridization of nitrogen (N) 107 o Pyramidal 3 2 의분자구조및결합각 1s 2 2 4 의전자배치를갖는산소 () 원자는 1개의 궤도함수와 3개의 궤도함수가혼성화되어 4개의 sp 3 혼성화궤도함수를형성한다. 이중에서 2개의 sp 3 혼성화궤도함수는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여 2개의동등한 - 공유결합을형성하고, 비공유전자쌍 2개는남아있다. 2 는 N 3 보다비공유전자쌍이 1개더많으므로결합각 ( ) 은조금더작아져 104.5 o 가되고, 굽은 V자형의분자모양을가진다. ybridization of oxygen () sp 3 nonbonding electron (2쌍) 104.5 o 굽은 V자형 bonding between 1s orbital of and sp 3 orbital of 2) sp 2 혼성궤도함수 : 약 120 o 의결합각 원자궤도함수 1개와 원자궤도함수 2개가결합하여 3개의동등한 sp 2 혼성궤도함수를형성한다. 각각의 sp 2 혼성궤도함수는 33% s-성질 (character) 과 67% p-성질을갖으며, 한쪽이다른쪽보다크며부호가반대인두개의 lobe로이루어져있다. 3개의 sp 2 혼성궤도함수가가장멀리떨어질수있는기하학적구조는정삼각형이다. 따라서 sp 2 혼성궤도함수로이루어진분자는평면구조를가지며, 궤도함수사이의결합각은 120 o 이다. Borane (B 3 ) 의분자구조및결합각 ybridization of boron (B) (empty) sp 2 120 o bonding between B 1s orbital of and sp 2 orbital of B Trigonal planar

19 3) sp 혼성궤도함수 : 약 180 o 의결합각 원자궤도함수 1개와 원자궤도함수 1개가결합하여 2개의동등한 sp 2 혼성궤도함수를형성한다. 각각의 sp 혼성궤도함수는 50% s-성질과 50% p-성질을갖으며, 2개의 sp 혼성궤도함수가가장멀리떨어질수있는기하학적구조는선형 (linear) 이므로궤도함수사이의결합각은 180 o 가된다. Fig. 1.12 : sp 3 궤도함수 Fig. 1.13 : 4, N 3, 2 의궤도함수가겹쳐진모습 Fig. 1.14 : sp 2 궤도함수 Fig. 1.15 : B 3 에서붕소와수소의결합 Fig. 1.16 : sp 궤도함수. 원자가결합 (VB) 이론과분자궤도함수 (M) 이론의조합 유기화합물의결합을설명하기위하여가장널리사용하는모형이 molecular orbital (M, 분자궤도함수 ) 이론이며, 이이론에서는혼성화궤도함수끼리혹은 혼성화궤도함수와원자궤도함수를더하거나빼어결합 (bonding, 바닥상태 ) 과 반결합 (antibonding, 들뜬상태 ) 를형성하는것이다. 결합이일어나면가장 준위가낮은곳부터전자가채워진다. M 이론은원자가결합이론 (valence bond theory) 을포함하는포괄적인결합형성의이론이다. 1 Ethane ( 3 3 ) 의분자구조및결합각 1s 2 2 2 의전자배치를갖는탄소원자는 1 개의 궤도함수와 3 개의 궤도 함수가혼성화되어 4 개의동등한 sp 3 sp 3 혼성화궤도함수를형성한다. 이중에서 3 개의 혼성화궤도함수는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여 3 개의동등한 - 공유결합을각각형성한다. 그리고 1 개의 sp 3 혼성화궤도함수끼리결합하여 - 단일결합을형성한다. 각탄소를중심으로결합된 4 개의결합궤도함수는 가능한멀리떨어지려하므로거의정사면체구조를가지며, 결합각 (, ) 은모두약 109.5 o 가된다. ybridization of carbon () sp 3 약 109.5 o 약 109.5 o bonding between sp 3 orbital of bonding between 1s orbital of and sp 3 orbital of Fig. 1.17 : - 결합의형성에대한분자궤도함수의결합도표 Fig. 1.18 : - σ 결합의형성에대한분자궤도함수의결합도표 Fig. 1.19 : Ethane( 3 3 ) 의 Lewis 구조및결합형성

20 2 Ethylene ( 2 = 2 ) 의분자구조및결합각 1s 2 2 2 의전자배치를갖는탄소원자는 1 개의 궤도함수와 2 개의 궤도 함수가혼성화되어 3 개의 sp 2 혼성화에참여하지않는다. 3 개의 sp 2 혼성화궤도함수를형성하고, 궤도함수 1 개는 혼성화궤도함수중에서 2 개의 sp 2 혼성화 궤도함수는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여각각 2 개의동등한 - σ 공유결합을형성하고, 나머지 1 개의 sp 2 혼성화궤도함수끼리결합하여 - σ 공유결합을형성한다. 그리고혼성화에참여하지않은 궤도함수끼리결합을 형성한것이 - π 결합에해당한다. 각탄소를중심으로결합된 3 개의결합궤도 함수는가능한멀리떨어지려하므로평면삼각형의구조를가지게되고, 결과적으 로 ethylene 은평면의분자구조를가지게된다. 전자밀도는 = 이 - 보다 크므로결합각 ( ) 는 120 o 보다약간크고, 결합각 ( ) 은 120 o 보다약간 작게된다. sp 2 ybridization of carbon () sp 2 약 120 o 약 120 o π bonding between orbital of σ bonding between sp 2 orbital of σ bonding between 1s orbital of and sp 2 orbital of Fig. 1.20 : Ethylene ( 2 = 2 ) 의공유결합형성 Fig. 1.21: - π 결합의형성에대한분자궤도함수의결합도표 3 Acetylene ( ) 의분자구조및결합각 1s 2 2 2 의전자배치를갖는탄소원자는 1 개의 궤도함수와 1 개의 궤도 함수가혼성화되어 2 개의 sp 혼성화궤도함수를형성하고, 궤도함수 2 개는혼성 화에참여하지않는다. 2 개의 sp 혼성화궤도함수중에서 1 개의 sp 혼성화궤도함수 는수소원자 () 의 1s 궤도함수와결합하여각각 1 개의동등한 - σ 공유결합을 형성하고, 나머지 1 개의 sp 혼성화궤도함수끼리결합하여 - σ 공유결합을 형성한다. 그리고혼성화에참여하지않은 2 개의 궤도함수끼리결합을형성한 것이 - π 결합 2 개이다. 각탄소를중심으로결합된 2 개의결합궤도함수는 가능한멀리떨어지려하므로 acetylene 은선형 (linear) 구조이고, 결합각 ( ) 은 180 o 가된다. sp ybridization of carbon () sp 180 o π bonding between orbital of σ bonding between 1s orbital of and σ bonding between sp orbital of sp orbital of Fig. 1.22 : Acetylene ( ) 의공유결합형성에대한모형 Table 1.10 : 탄소의공유결합

21 Formaldehyde () 의분자구조및결합각 sp 2 sp 2 sp 2 ybridization of carbon () sp 2 ybridization of oxygen () 약 120 o π bonding between orbital of and orbital of 약 120 o σ bonding between 1s orbital of and sp 2 orbital of σ bonding between sp 2 orbital of and sp 2 orbital of 예제 1.15 : 1-Methoxypropanone ( 3 2 3 ) 에서 (a) 와 의혼성화, (b) 와 사이의결합종류, (c) 고립전자쌍을갖고있는 의궤도함수종류 문제 1.15 : 분자들의결합에서각원자의혼성화, 결합종류, 고립전자쌍표시 (a) 3 = 2 (b) 3 3 (c) 3 N 2 (d) 3 3 (e) 3 N 1.8 Resonance ( 공명 ) 분자나이온의구조는 Lewis 구조로표현할수있지만, 어떤분자나이온에서는전하가하나이상의원자에존재하는경우도있게된다. 이러한경우는 Pauling이제안한 resonance( 공명 ) 으로그구조를표현할수있다. A. Theory of resonance ( 공명이론 ) 분자나이온의구조가 2개이상의 Lewis 원자가결합구조로표현될때, 각각의구조를공명구조 (resonance structure) 혹은기여구조 (contributing structure) 라고한다. 공명구조의상호관계는이중-머리화살표 (doubled-headed arrow, ) 로표시하며, 실제분자나이온의구조는이러한기여구조의공명혼성체 (resonance hydrid) 이다.

22 arbonate ion ( 3 2- ) 의 3 가지공명구조 : - 2 + 2 3 에서 2개의 proton ( + ) 이전리되면, carbonate ion ( 2-3 ) 이생성된다. arbonate 이온에서전자쌍의이동으로 3개의동등한구조를그릴수있으며, 각각은공명구조에해당한다. arbonate 이온은실제로는이러한 3가지구조의공명혼성체로존재하므로각각의산소 () 에는음전하의 2/3씩존재하게된다. 따라서공명구조는실존하는구조는아니다. 예제 1.16 & 문제 1.16 : 굽은화살표를이용하여공명구조그리기 (a) 3 (b) (c) 3 3 B. 공명의기여구조그리기올바른공명구조를그리기위해서는다음의규칙을반드시따라야한다. 1 모든기여구조에정확한수의원자가전자 (valence electron) 를나타낸다. 2 모든기여구조에서수소의원자가전자는 2개, 2주기원소의원자가전자에는 8개이상을가질수없다는공유결합법칙을따른다. 그러나인 (P) 과황 (S) 과같은 3주기원소들은원자가껍질에전자를 12개까지가질수있다. 3 모든핵의위치는동일해야한다. 즉, 공명구조에서핵 (,, 등 ) 은이동할수없고, 단지전자만이이동한다. 4 모든기여구조는같은수의전자쌍 (paired electron) 혹은홀전자 (unpaired electron) 를가져야한다. 예제 1.17 & 문제 1.17 : 기여구조쌍판별 (a) 3 3 (b) 3 홀전자 (unpaired electron) 의공명구조그리기 Allyl radical

23. 기여구조의상대적중요성평가공명구조에서모든구조가동등하게기여하는것은아니다. 각각의공명구조의상대적기여도는다음의지침으로판단한다. 1 채워진원자가껍질 (valence shell) 모든원자가전자들로완전히채워진원자가껍질을가짐으로서 octet( 팔전자 ) 규칙을만족하는경우는그렇지않은구조에비하여훨씬더많이기여한다. 3 적은기여 3 octet 보다많은기여 2 최대공유결합 (covalent bond) 의개수보다많은개수의공유결합을갖는구조가적은수의공유결합을갖는것보다더많은기여를한다. 3 3 octet 적은기여 보다많은기여 ( 총 7개의공유결합 ) ( 총 8개의공유결합 ) 3 서로다른전하의최소분리 양전하와음전하로동시에분리된구조는이를포함하지않는중성구조에비하 여훨씬더적게기여한다. 3 3 보다많은기여 ( 중성구조 ) 3 3 적은기여 ( 전하의분리, dipolar ion) 4 전기음성도가더큰원자에음전하 전기음성도가큰원자에음전하를띠는구조는전기음성도가작은원자에음전 하를갖는것보다크게기여한다. 3 3 a b a 3 3 b 3 3 적은기여 보다많은기여 Not 예제 1.18 & 문제 1.18 : 공명구조의상대적인기여도 (a) (b)

24 1.9 비편재화된체계에서 molecular orbital ( 분자궤도함수 ) A. 공명재조명한개이상의 Lewis 구조가가능할경우 resonance( 공명 ) 은결합상태를잘표현해줄수있다. 예를들어, acetate ( 3 - ) 이온의경우 2가지공명구조가 1:1 로기여하며, 전자들이분산됨으로인하여반발력이감소하게되어안정해진다. 3 3 resonance structure of acetate ion 3-1/2 real structure of acetate ion -1/2 이처럼전하나전자밀도가 atomic orbital ( 원자궤도함수 ) 에분산되어있는것을비편재화 (delocalization) 이라한다. 비편재화가여러가지화합물의계에서일어날때, 이를콘쥬게이트 (conjugated) 되었다고말한다. 콘쥬게이션 (conjugation) 은이중결합이단일결합 1개를사이에두고결합된구조이며, 콘쥬게이트된이중결합에서는항상공명구조가가능하다. unconjugated ( 비콘쥬게이트 ) unconjugated ( 비콘쥬게이트 ) B. 공명과 M 이론적측면에서본혼성화 (hybridization) 화학결합을형성하는원자의혼성화는공명구조의기여도에따라변화하게된다. 3 sp 3? sp 2? Acetate ( 3 - ) 이온은 2 가지공명구조가 1:1 로기여하는공명혼성체로 존재하므로탄소와산소의결합은 1.5 차결합이된다. 따라서산소원자의혼성화는 sp 2 ~ sp 3 사이에있지만, 산소가가지고있는고립전자쌍은 sp 2 궤도함수에 3 머물러있으므로두산소의혼성화는 sp 2 에가깝게된다. sp 2? sp 3? 예제 1.19 : Acetamide 에서,, N 의혼성화 3 N Acetamide

25 1.10 Alkane ( 알케인 ), Alkene ( 알켄 ), Alkyne ( 알카인 ) 에서의결합길이 (bond length) 와결합세기 (bond strength) Alkane, alkene, alkyne 화합물에서결합차수가클수록두탄소가공유전자쌍을 더잘끌어당기므로, 탄소 - 탄소결합길이는짧아지고, 결합세기는증가한다. 탄소 - 탄소이중결합이탄소 - 탄소단일결합보다강하지만, 두배가되지는않는다. 이러한이유는탄소 - 탄소에 σ 결합이형성된후이어서 π 결합이형성될때전자의 반발력이생기므로 π 결합은 σ 결합보다약하게형성되기때문이다. Ethane( 3 3 ), ethylene( 2 = 2 ), acetylene( ) 에서 - 결합길이는 < 2 = 2 < 3 3 의순서로증가하고, - 결합세기는 3 3 < 2 = 2 < 의순서로증가한다. 이러한이유는 s 궤도함수의전자는 p 궤도함수의전자보다핵에더가까이위치하여좀더단단하게붙잡혀있기때문에 s 성질이클수록결합길이는짧아지고, 결합세기는중가하기때문이다. Table 1.11 : Ethane, ethylene, acetylene 의결합길이와결합세기 < 몇몇화학결합의결합길이와결합세기 > - bonds length, A 3-1.091 2 =- 1.07-1.056 - bonds 3-3 1.541 2 = 2 1.337 1.204 -X bonds -F 1.39 -l 1.78 -Br 1.93 -I 2.14 Bond strength(kcal/mol) - 99-83 = 146 200 -N 73 =N 147 N 213 -F 116 -l 81 -Br 68 -I 51

26 Problems 1.20 : 각원자의바닥상태전자배치 (a) 7 N (b) 11 Na 1.25 : 다음화합물을비극성공유결합, 극성공유결합, 이온결합으로분류 (a) LiF (b) 3 F (c) l 1.28 : 이온들의 Lewis 구조그리기 (a) amide ion (N 2 - ) (b) nitrate ion (N 3 - ) 1.32 : 각 Lewis 구조에대한형식전하표시 (a) N (b) (c) 1.35 : 공유결합의극성이증가하는순서로배열 (a) -, -, N- (b) -S, -, -N (c) -Li, -B, -Mg 1.37 : 각분자에서극성이가장강한결합표시 (a) S 2 2 (b) l 2 F 1.39 : VSEPR 모형을이용하여결합각의예측 (a) 3 -= 2 (b) 3 N 3 3 (c) 2 == 2 1.40 : VSEPR 모형을이용하여이온의기하형태의예측 (a) N 2 - (b) N 2 +

27 1.45 : 구조식그리기 (a) 분자식이 4 11 N 을가지는 1 차 amine 의네가지구조그리기 (b) 분자식이 4 11 N 을가지는 2 차 amine 의세가지구조그리기 1.47 : 5 12 의분자식을갖는 alcohol 의 8 가지구조그리기 1.48 : 각분자를 3 차원으로그리고쌍극자모멘트의방향표시 (a) 2 l 2 (b) 2 =l (c) ( 3 ) 2 = (d) Br=Br (2 가지 ) 1.52 : 굽은화살표를이용하여공명구조를그리고형식전하의표시 (a) (b) N 1.56 : 다음화합물에서각원자궤도함수의혼성화종류 (a) (b) (c) N (d) 2 2 1.60 : 다음화합물에서강조된부분의원자들에대한혼성화종류, 결합각예측 (a) 2 N 2 2 2 3 (b) 3 N 3