134 CHEMICAL EDUCATION

Q & A 이것이궁금합니다

분자를 크게 극성 분자와 무극성 분자로 구분하는데, 이 극성 분자와

무극성분자에대한설명과어떻게구분하면효과적입니까?

결합에서 결합의 극성은 결합된 원소들의 전기음성도(electronegativity)의

차이에의해서생깁니다. 전기음성도란분자내의원자가결합에서공유된전

자를끌어당기는능력의정도를나타내는것입니다. 예를들어, H-Cl 분자의

경우의 Cl 원소의전기음성도(3.16)는 H 원소의전기음성도(2.20)보다큽니

다. 그러면공유된전자가Cl 원소방향으로상대적으로끌려오게됩니다. 즉,

Cl 원자에부분음전하가있고 H 원자에부분양전하가있게되므로 HCl은

극성분자가됩니다. 이원자분자(diatomic molecule)의 경우에서같은원소

로이루어진분자(동핵이원자분자)는무극성분자이고, 서로다른종류의원

소로결합된분자(이핵이원자분자)는극성분자가됩니다. 일반적으로전기

음성도의차이가0.0에서0.4까지의범위에있으면무극성결합, 0.4에서 1.7

까지의범위에있으면극성공유결합, 그리고1.7 이상이되면이온결합으로

간주합니다. 그러나다원자분자(polyatomic molecule)의 경우는분자결합

의극성때문에생기는쌍극자모멘트(dipole moment)의벡터합을고려해야

만합니다. 예를 들어, CO2 분자의경우 C=O 결합은극성결합이지만탄소

원자를중심으로양쪽산소에의해서생기는쌍극자모멘트는각각크기는같

지만방향이서로반대입니다. 쌍극자모멘트의벡터합은영(zero)이됩니다.

따라서CO2분자는무극성입니다. 동일한원리에의해서CH4, SF6, PF5와같

은분자들은모두무극성분자가됩니다. 이와반대로결합의쌍극자모멘트

의벡터합이영이되지않는H2O, NH3, CHCl3 분자들은극성분자가됩니

선생님과학생들의화학에대한궁금증을풀어드리기위한화학교육Q&A 컬럼입니다.

허영덕(단국대 화학과, ydhuh@dankook.ac.kr)

Q 01

2009 + Summer 135

다. 간단하게극성분자와무극성분자를확인하는방법은전

기음성도차이에의해서생기는분자결합의쌍극자모멘트의

벡터합을고려해서영이되는지또는되지않는지를고려하

면됩니다.

물의 융해열 (333.5 J/g)과 기화열 (2256.8 J/g)을 비

교해 보면 기화열이 약 7배 정도 크다. 왜 이렇게 큰

이유는무엇입니까?

융해열은녹는점에서고체를액체로만드는데필요한열이고

기화열은끓는점에서액체를기체를만드는데필요한열입니

다. 고체와액체는거의비슷한부피를가지고있지만, 기체의

부피는액체에비해서매우큽니다. 물과얼음의부피의차이

는크지않지만, 물이수증기가되면부피가1700배증가합니

다. 따라서고체와액체사이의분자간의거리의차이는크지

않으므로분자간의인력의세기의차이가크지않습니다. 그

러나액체와기체사이의분자간의거리는크게차이가나므

로인력의세기의차이가크게납니다. 즉, 기체가되기위해

서는액체에서존재하는분자간의인력을거의모두끊어야만

한다고생각하면됩니다. 기화가되기위해서는융해과정에

서필요한에너지보다훨씬큰에너지를요구하게됩니다. 따

라서, 모든 물질의 기화열은 융해열 보다 항상 큽니다. 물의

경우도기화열이융해열의약7배정도크게되지요.

금속의 주기적 성질에서 mp, bp는 같은 주기에서 원

자번호가 증가할 수록 낮아지는 경향을 지니고 있습

니다. 그런데 2족 원소 Mg은 조금 예외적인 경향성

을보이고있습니다. Mg가 Ca 보다 mp, bp가 낮은데는어떤요

소들이작용하고있을까요?

알칼리금속(1A족)의경우는같은주기에서원자번호가증가

할수록 (즉, Li →Na →K →Rb → Cs ) 녹는점이 181℃→

98℃→64℃→39℃→29℃로낮아집니다. 이것은금속격

자에서알칼리금속의최외각s 오비탈과옆에있는알칼리금

속의최외각s 오비탈사이의결합이원자번호가증가할수록

약해지기때문입니다. 물론 모든알칼리금속은동일한체심

입방 결정 구조(body centered cubic crystal structure)를

가지고있습니다. 알칼리토금속(2A족)의경우도알칼리금속

과비슷하게최외각s 오비탈과옆에있는최외각s 오비탈사

이의결합이원자번호가증가할수록약해집니다. 따라서원

자번호가증가할수록녹는점은낮아집니다. 그러나알칼리

토금속의경우는Be과Mg는육방밀집결정구조(hexagonal

close-packed crystal structure)를가지는반면에, Ca과Sr

는 입방 밀집 결정 구조(cubic close-packed crystal

structure)를 가지고, Ba와 Ra는 체심입방결정구조(body

centered cubic crystal structure)를가지고있습니다. 따라

서알칼리토금속의결정구조는고체의안정성에크게영향

을미치므로녹는점에도큰영향을미치게됩니다. 따라서알

칼리금속들은모두동일한결정구조를가지고있으므로알

칼리금속의최외각s 오비탈과옆에있는알칼리금속의최외

각s 오비탈사이의결합의상대적인세기를비교하여주기율

표의경향에따른녹는점을설명이가능합니다. 그러나, 알칼

리토금속들의경우는알칼리토금속들이서로다른결정구

조를가지고있기때문에단순히알칼리토금속의최외각s 오

비탈과옆에있는알칼리토금속의최외각s 오비탈사이의결

합의세기만을고려하여녹는점의크기를비교하기가힘듭니

다. 따라서Mg의녹는점이 Ca 녹는점보다낮은경우가생기

게됩니다.

Q 02

Q 03

원소전자배치

녹는점(℃) 끓는점(℃)이온화에너지

불꽃반응K L M N O P Q E1 E2 E3

4Be

12Mg

20Ca

38Sr

56Ba

88Ra

2

2

2

2

2

2

2

8

8

8

8

8

2

8

18

18

18

2

8

18

32

2

8

18

2

8 2

1278

648.8

839.0

769.0

725.0

700.0

2,970

1,107

1,484

1,384

1,640

1,140이하

845

732

586

522

502

-

1,758

1,444

1,147

1,059

963

-

14,787

7,693

4,910

4,127

3,394

-

무색

무색

주황(등적)

빨강

황록

분홍