화학결합화학결합• 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 .

이온결합이온결합• 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

공유결합공유결합• 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

http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/cgi-bin/image_eval.cgi?Op=display&Chapter=11&File=covalent&Image=c2f16.gif

http://www.chem.ufl.edu/~chm2040/cgi-bin/image_eval.cgi?Op=display&Chapter=11&File=covalent&Image=c9f13.gif

Some Physical Properties of NaCl and Cl2

    NaCl   Cl2

Phase at room temperature

  Solid   Gas

Density   2.165 g/cm3

 0.003214 g/cm3

Melting point   801°C   -100.98°C

Boiling point   1413°C   -34.6°C

Ability of aqueous solution to conduct electricity

  Conducts  Does not conduct

이온결합 공유결합

Lewis Lewis 구조구조• 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 .

Valence electrons for Elements

Valence electrons and number of bonds

X

Family # Covalent Bonds*

Halogens

F, Br, Cl, I

Calcogens

O, S

Nitrogen

N, P

Carbon

C, Si

O

N

C

1 bond 1 bond oftenoften

2 bond 2 bond oftenoften

3 bond 3 bond oftenoften

4 bond 4 bond alwaysalways

In general, these are the number of bonds formed by these atoms.

팔전자 규칙팔전자 규칙 (octet rule)(octet rule)• 주족 원소들은 8 개의 원자가 전자를 갖도록 반응을 진행 하려는 경향이 있다 . 즉 , 주족의 원소들은 반응하여 원자 가 전자껍질에 있는 s 와 p 부껍질이 완전히 찬 비활성 기 체의 전자 배치를 갖는다 . • 1 족 원소는 그들의 ns1 원자가껍질 전자를 잃으려는 경향 이 있다 . • 2 족 원소는 그들의 ns2 원자가껍질 전자를 둘 다 잃으려는 경향이 있다 .• 3 족 원소는 그들의 ns2np1 의 3 개의 원자가 껍질이 전자를 잃으려는 경향이 있다 . • 17 족 원소는 한 개의 전자를 얻어 ns2np5 에서 ns2np6 로 바 뀌려는 경향이 있다 .• 18 족 원소는 근본적으로 비활성이다 .

Lewis Lewis 구조를 그리는 규칙구조를 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 .

Atomic Connectivity

H C F

Cl

HH

N OO

OH O S O H

O

OO O O

H C C

O H H

H O H Se H

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

CH2ClF HNO3CH3COOH H2Se H2SO4 O3

이온 결합의 이온 결합의 Lewis Lewis 구조구조• 금속의 루이스 구조에서 비금속의 루이스 구조로 점을 이 동 시켜 두 원소가 octet 을 이루게 함으로써 이온결합을 나 타낸다 .• ex) 나트륨과 염소가 결합할 때 , 나트륨의 원자가전자가 염 소 원자로 이동한다 .

Na Cl

Na Cl [Na]+ [ Cl ]-

Mg F [ F ]- [Mg]2+[ F ]-

공유 결합의 공유 결합의 Lewis Lewis 구조구조• 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 H결합전자 고립전자

C ClCCl4 CCl ClCl

ClCCl ClCl

Cl

Cl Cl Cl Cl Cl

다중 결합의 다중 결합의 Lewis Lewis 구조구조• 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 OO OO OO

N N N N N N N N

Setting up Bond Table

ChemFormula Octet e- Tot Val e-HNOHNO33 OeOe TveTve

HNO

1 x 2 = 2

1 x 8 = 8

3 x 8 = 24

1 x 1 = 1

1 x 5 = 5

3 x 6 = 18

34 24

• HNO3

• Octet electron

• Total valence electron

Calculating the Number of Bonds and the Remaining electrons

HNOHNO33 OeOe TveTve # Bonding e# Bonding e--

Bond Table# of Bonds

Remaining e-

34 - 24 = 10

10/2 = 5

Tve(24) - electrons in Bond (10) = 14

•1) Chemical formula1) Chemical formula: : 2) Atomic sequence2) Atomic sequence::

• HHNNOO33

•3) Number of bonds 3) Number of bonds = 5= 5

•4) Remaining electrons 4) Remaining electrons = 14= 14

•5) Lewis Structure with 5 bonds5) Lewis Structure with 5 bonds::

• 6) 6) Complete Lewis StructureComplete Lewis Structure• with with 1414 remaining electrons remaining electrons

Putting it Together

HH

NN OOOO

OO

HH

NN OOOOOO

HH

NN OOOO

OO

Lewis Dot Structure of CO2 by Bonds Table

# bonds = (Oe - TVe)2

= (24- 16) = 8 = 4 bonds

2 2

Remaining e- = TVe - e- used in bonding.

= 16 - 8 = 8 e-

Remaining

O C O

6. Place the remaining 8 electrons in the structure to complete the Lewis Structure

• CO2 Oe TVe• 1 C 1 (8)= 8• 1 (4) = 4•• 2 O 2 (8)=16• 2 (6)=12•• Chg 24 16

1,2. Write atom connectivity for CO2.

3,4,5. Draw the four bonds in the structure.

O C OO C O

Lewis Dot Structure of ClO4- by Bonds

Table

# bonds = (40- 32) = 8 = 4 bonds

2 2

Remaining e- = 32 - 8 = 24 e-

Remaining

• ClO4- Oe TVe

• 1 Cl 1 (8)= 8• 1 (7) = 7•• 4 O 4 (8)= 32• 4 (6)= 24•• Chg 1• 40 32

O

Cl OO

O

O

ClO O

O

O

Cl OO

O

Lewis Structures: Examples

• a) CHa) CH22ClFClF b) SOb) SO22

• c) SOc) SO442-2- d) Hd) H33POPO44

H C F

Cl

H

O S O

O S O

O

O

H

P OO

O

O

H H

오존오존 (O(O33)) 의 의 Lewis Lewis 구조구조

O3 + UV O2 + O

O OO

O OO O OO

O OO

전자기 스펙트럼 영역전자기 스펙트럼 영역

전자쌍 반발이론 전자쌍 반발이론 (VSEPR)(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 .

VSEPR geometries

Electron pairs Geometry

2 linear

3 trigonal planar4 tetrahedral

5 trigonal bipyramidal6 octahedral

AB4

bonding groups: 4

non-bonding groups: 0

AB3Ebonding groups:

3non-bonding

groups: 1

AB2E2

bonding groups: 2

non-bonding groups: 2

                 CH4

methane

                 NH3

ammonia

                 H2O

water

CHCH44 NHNH33 HH22OO

BFBF33 [PF[PF66]]--

물물• 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 3 차원 구조로 늘어나게 된다 .• 눈송이의 육각형 모양은 이들 분자의 배열로 만들어지고 얼음의 구조에서 비어있는 공간이 있어 액체인 물보다 밀 가 작아져서 얼음이 뜨게 된다 .

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

Water

극성결합극성결합• 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 .

전기음성도전기음성도• 공유결합에서 전자를 끌어 당기는 능력