공유 결합, 이중극자 모멘트와 형식전하

앞서 설명하기 전에 이 전 포스트까지로 유기 분자의 모양새 설명과 혼성 궤도함수를 이용한 결합에 대해 설명하였다

전기 음성도와 공유 결합에 설명하기 전 간단히 각 결합에 대해 설명하자면 아래와 같다

1. 비극성 공유 결합은 비슷한 전기 음성도를 가지는 원자끼리 간의 결합이다

2. 극성 공유 결합은 각 원자간의 전기음성도 차이가 2보다 작은 결합이다

3. 이온 결합은 극성 공유 결합과는 반대로 전기 음성도 차이가 2보다 큰 결합이다

예시로 C-H(탄소 수소 결합)은 비교적 비극성을 띄며, C-O(탄소 산소 결합), C-X(더 큰 전기음성도를 가진 원자와 탄소 결합)은 극성을 띄게 된다

C-H 결합에서 C, 탄소는 부분적인 양전하를 띄게 되며, 그와 반대로 H, 수소에서는 비교적 음전하를 띈 전기 음성적인 원자로 자리잡게 된다

이를 통해 첫번째 포스트에서 언급하였던 유발효과(inductive effect, 유도효과)를 발휘하게 된다

첫번째글 바로가기 : 2016/03/12 - [유기화학] - 유기화학 입문, 역사와 혼성궤도함수

이 유발효과는 인접한 원자의 전기음성도에 따라 시그마 결합의 전자가 단순히 이동하는 것이다

쉽게 말해 마그네슘 등의 +차지를 띈 금속들이 유도, inductive하게 유발적으로 전자를 밀며 산소 등의 -차지를 띈 비금속들의 원자가 그 반대로 전자를 끌어들이게 되는 것이다

이를 시각적인 방면으로 보여주는 것이 있는데 그것은 바로 정전기 퍼텐셜 지도(Electrostatic Potential Map)이다

예시로 H2O, 물을 들었는데 산소는 부분적인 음전하를 띄어 붉은색을 보여주며 수소는 부분적인 양전하를 띄게 되어 푸른색을 보여준다

또한, 물은 극성 공유 결합으로 이중극자 모멘트(Dipole moment, 다이폴 모멘트), 쌍극자 모멘트라 하는 것을 가지고 있다

극성 차이가 클수록 dipole 값이 커진다

이 이중극자 모멘트 μ (greek letter, 뮤(뮤토렌트, 유토렌트할때 그것이다)) 는 분자의 이중극자 말단의 전하인 Q값과 두 전하 사이의 거리 r 의 값이다

μ=Q*r 이며, 단위는 D(debyes), 1D=3.336*10^-30 C*m 이다

고립 전자쌍부터 찾게 된다면 이중극자 모멘트를 계산하기 쉬우므로 참고하면 된다

고립 전자쌍을 먼저 찾은 후, 전기 음성도가 중간 원자와 다른 원자부터 확인하면 된다

또한, 이중 극자 모멘트와 극성 결합에게 있어 형식 전하라는 것이 있는데 이는 정전기 퍼텐셜 지도와 매우 유사한 개념이다

분자에 실질적인 이온성 전하를 가진 것이 아니라, 서로 공유하게 되어 이동한다는 개념이다

CH3SOCH3로 예시를 들어본다

(이미지 출처 : http://www.chemthes.com/icon_2/264.gif)

여기서 S, 황의 원자가 전자 수는 6, 결합 전자 수는 6, 비공유 전자 수는 2이다

형식 전하를 구하는 식은 원자가 전자수-(결합 전자수/2)-비공유 전사 수 이므로

6-6/2-2=+1 을 가지며

산소는 6,2,6이므로 -1을 가진다

쉽게 이야기하여, 전자를 잃어버리면 +1이다 (전자는 -1 이기 때문에, -(-1) 을 생각하면 된다

따라서, 원래 몇개를 가지고 있었는데 몇개로 바뀌었냐를 알면 된다