제 5 장 변화하는 결합

1. 제5장 변화하는 결합

2. 화학결합 • 둘 또는 그 이상의 원자들이 아주 가까이 접근할 때 • 원자내의 전자들은 상호작용을 하여 원자들이 서로 • 떨어져 있을 때보다 핵 주위에 더 낮은 전체 퍼텐셜 • 에너지를 갖도록 전자배치를 새롭게 형성한다. • 화학결합을 통한 에너지 감소는 원자들이 서로 떨어져 • 있을 때보다 새롭게 형성된 배열을 더 안정하게 만든다. • 화학결합은 원자들간의 전자의 공유나 전자의 전이를 • 통해 이루어진다.

3. 이온결합 • 금속과 비금속 사이의 화학반응을 통한 결합 • 양전하를 띤 양이온과 음전하를 띤 음이온 사이의 정전 • 기적 인력에 의한 결합 • 전자들이 한 원자에서 다른 원자로 전이되어서 형성되 • 는 결합

4. 공유결합 • 두개의 비금속 원자 사이의 화학반응에 의한 결합 • 전자들이 원자들 사이에 공유 되면서 형성되는 결합 • 원자들이 서로 가까워 지면서 발생하는 정전기적 인력 • 이 반발력 보다 세어져서 일정한 거리를 유지하면서 형 • 성되는 결합

8. Some Physical Properties of NaCl and Cl2 이온결합 공유결합

9. Lewis 구조 • 최외각 전자, 원자가 전자는 화학결합에서 아주 중요하다. • 원자가 전자는 이동하여 이온결합을 만들거나, 공유하여 • 공유결합을 만든다. • 원자가 전자가 공유되거나 이동될 때, 화합물 내의 원자들 • 은 채워진 최외각 궤도를 만들어 안정한 전자배열 • 을 가지게된다. • 각 원소기호 주위의 점들은 그 원소의 최외각 궤도에 있는 • 전자들을 나타낸다. • 한 원소의 점의 수는 주기율표상의 족 번호와 같다.

10. Valence electrons for Elements

11. H a l o g e n s F , B r , C l , I C a l c o g e n s O , S N i t r o g e n N , P C a r b o n C , S i Valence electrons and number of bonds  # C o v a l e n t B o n d s* F a m i l y  X 1 bond often  2 bond often O  3 bond often N  4 bond always C In general, these are the number of bonds formed by these atoms.

12. 팔전자 규칙(octet rule) • 주족 원소들은 8개의 원자가 전자를 갖도록 반응을 진행 • 하려는 경향이 있다. 즉, 주족의 원소들은 반응하여 원자 • 가 전자껍질에 있는 s와 p 부껍질이 완전히 찬 비활성 기 • 체의 전자 배치를 갖는다. • 1족 원소는 그들의 ns1원자가껍질 전자를 잃으려는 경향 • 이 있다. • 2족 원소는 그들의 ns2원자가껍질 전자를 둘 다 잃으려는 • 경향이 있다. • 3족 원소는 그들의 ns2np1의 3개의 원자가 껍질이 전자를 • 잃으려는 경향이 있다. • 17족 원소는 한 개의 전자를 얻어 ns2np5에서 ns2np6로 바 • 뀌려는 경향이 있다. • 18족 원소는 근본적으로 비활성이다.

13. Lewis 구조를 그리는 규칙 • 원자가전자수를 계산한다. • 단일결합으로 원자들이 결합된 화학종에 대한 골격 그리기. • Lewis 구조를 그리기 위해서 모든 전자수를 합한다. • 각 원자에 옥텟 규칙을 만족하기 위한 원자가 전자 수를 결 • 정한다. • 만약 중심 원자가 옥텟을 이루지 못하면 이중결합이나 삼 • 중결합이 되도록 한다.

14. N O O Cl O H O H Se O O F H C H H H O O H C C O H H O S O H H O Atomic Connectivity CH3COOH H2Se H2SO4 O3 CH2ClF HNO3 Find the central atom for the following: 1) H2O a) H b) O 2) PCl3 a) P b) Cl 3) SO3 a) S b) O 4) CO32- a) C b) O 5) BeH2 a) Be b) H 6) IO3- a) I b) O

15. Na Cl [ F ]- [ F ]- 이온 결합의 Lewis 구조 • 금속의 루이스 구조에서 비금속의 루이스 구조로 점을 이 • 동 시켜 두 원소가 octet을 이루게 함으로써 이온결합을 나 • 타낸다. • ex) 나트륨과 염소가 결합할 때, 나트륨의 원자가전자가 염 • 소 원자로 이동한다. Na Cl [ Cl ]- [Na]+ [Mg]2+ Mg F

16. C Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl Cl 공유 결합의 Lewis 구조 • 원자들간에 그들의 전자점을 공유함으로써 공유결합을 나 • 타낸다. • 루이스 구조에서 전자쌍의 두가지 형태 • 두 원자 사이의 전자는 결합전자쌍이라고 부른다. • 단일 원자 주위의 전자는 고립전자쌍이라고 부른다. H O H 결합전자 고립전자 C CCl4 C Cl Cl Cl Cl Cl Cl

17. 다중 결합의 Lewis 구조 • 원자들은 두 개 이상의 전자쌍을 공유하여 옥텟을 만들기 • 도 한다. • 원자들 사이의 두 개의 전자쌍을 이중결합이라 부른다. • 이중 결합은 단일 결합보다 강하며 짧다. 이는 결합 내에 • 전자들이 단일결합에 비해 두 배 존재하기 때문이다. • 어떤 원자는 세 개의 전자쌍을 공유하여 완전한 옥텟을 이 • 룬다. 삼중결합은 이중결합보다 짧고 강하다. O O O O O O O O N N N N N N N N

18. Setting up Bond Table • HNO3 • Octet electron • Total valence electron ChemFormula Octet e- Tot Val e- HNO3 Oe Tve H N O 1 x 2 = 2 1 x 1 = 1 1 x 5 = 5 1 x 8 = 8 3 x 6 = 18 3 x 8 = 24 34 24

19. Calculating the Number of Bonds and the Remaining electrons HNO3 Oe Tve # Bonding e- Bond Table # of Bonds Remaining e- 34 - 24 = 10 10/2 = 5 Tve(24) - electrons in Bond (10) = 14

20. N O O O H O N O O H Putting it Together • 1) Chemical formula: 2) Atomic sequence: • HNO3 • 3) Number of bonds = 5 • 4) Remaining electrons = 14 • 5) Lewis Structure with 5 bonds: • 6) Complete Lewis Structure • with 14 remaining electrons O N O O H

21. O O C C O O O C O Lewis Dot Structure of CO2 by Bonds Table • CO2 Oe TVe • 1 C 1•(8)= 8 1•(4) = 4 • 2 O 2•(8)=16 2•(6)=12 • Chg 24 16 # bonds = (Oe - TVe) 2 = (24- 16) = 8 = 4 bonds 2 2 Remaining e- = TVe - e- used in bonding. = 16 - 8 = 8 e-Remaining 3,4,5. Draw the four bonds in the structure. 6. Place the remaining 8 electrons in the structure to complete the Lewis Structure 1,2. Write atom connectivity for CO2.

22. Lewis Dot Structure of ClO4- by Bonds Table • ClO4- Oe TVe • 1 Cl 1•(8)= 8 1•(7) = 7 • 4 O 4•(8)= 32 4•(6)= 24 • Chg 1 • 40 32 # bonds = (40- 32) = 8 = 4 bonds 2 2 Remaining e- = 32 - 8 = 24 e-Remaining

23. O P H O O H O H Lewis Structures: Examples • a) CH2ClFb) SO2 • c) SO42-d) H3PO4

24. 오존(O3)의 Lewis 구조 O3 + UV O2 + O O O O O O O O O O O O O

25. 전자기 스펙트럼 영역

26. 전자쌍 반발이론 (VSEPR) • 이 간단한 모형은 전자쌍들 간에는 반발을 일으킨다는 생 • 각에 근거한 것이다. • 전자들은 비공유 전자쌍이든 결합 전자쌍이든 가능한 멀 • 리 떨어지려고 한다. • 한 원자 주위의 전자쌍과 관련된 전자 밀도는 서로 반발하 • 고, 가능한 멀리 떨어져 있도록 배열한다.

27. VSEPR geometries

32. CH4 NH3 H2O BF3 [PF6]-

35. 물 • 물은 실온에서 액체로 존재하고 다른 화합물을 녹이며, 얼 • 면 팽창하고, 풍부한 양으로 존재하는 특성을 가지고 있다. • 물 분자는 두 개의 비공유 전자쌍을 포함해 네 종류의 전자 • 쌍을 가지고 있기 때문에 물 분자의 모양은 굽은 형이다. • 공유결합을 하고 있는 물 분자는 각 원자들이 공평하게 전 • 자들을 공유하지 않고 극성결합을 하고 있다. • 물 분자들은 이러한 극성결합으로 스스로 인력이 최대가 • 되도록 정렬한다. • 물이 얼어 얼음이 되면, 이 구조는 3차원 구조로 늘어나게 • 된다. • 눈송이의 육각형 모양은 이들 분자의 배열로 만들어지고 • 얼음의 구조에서 비어있는 공간이 있어 액체인 물보다 밀 • 가 작아져서 얼음이 뜨게 된다.

38. http://www.johnkyrk.com/H2O.html

40. Water

41. 극성결합 • 공유결합 또는 공유결합에 의하여 형성된 분자들이 전자 • 비대칭적 분포 결과에 의하여 화학결합 또는 분자가 양극 • 또는 음극을 갖게 된다. 이를 쌍극자라 부르고 이 결합을 • 극성결합이라 부른다.

42. 전기음성도 • 공유결합에서 전자를 끌어 당기는 능력