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9.6:

공유결합과 루이스 구조

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Chemistry
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Covalent Bonding and Lewis Structures

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공유 결합은 비금속 사이에 원자가 전자를 공유하여 형성됩니다. 그러면 왜 비금속은 이온 결합에서처럼 전자를 이동시키기보다는 공유하는 것을 선호할까요? 비금속은 높은 이온화 에너지를 가지고 있어 한 원자에서 다른 원자로 원자가 전자를 이동시키기 어렵습니다.암모니아 분자를 생각해보십시오. 질소 원자는 옥텟을 이루기 위해 3개의 전자가 더 필요하고 수소 원자는 듀엣을 이루기 위해 하나의 전자가 필요합니다. 따라서 질소와 수소가 모두 안정적인 전자 배치를 이루기 위해 질소 원자가 세 개의 수소 원자와 결합합니다.이 결합들은 각각 한 쌍의 전자를 공유하기 때문에 단일 결합이라고 합니다. 공유 결합에 있는 공유된 전자 쌍을 결합 쌍이라고 합니다. 결합에 참여하지 않는 원자가 전자를 고립 전자쌍 또는 비결합 전자라고 합니다.6개의 원자가 전자가 있는 산소 원자는 옥텟을 이루기 위해 두 개의 전자가 더 필요합니다. 따라서 두 개의 산소 원자는 이중 결합을 이루는 두 개의 전자 쌍을 공유합니다. 반면 질소는 이원자 형태로 3개의 짝이 없는 전자를 공유하여 3중 결합을 만듭니다.단일 결합과 다중 결합은 결합 길이와 세기에 따라 다릅니다. 3중 결합은 2중 결합보다 짧고 2중 결합은 단일 결합보다 짧습니다. 결합 강도는 결합의 다중도에 따라 증가합니다.이것은 질소의 3중 결합을 깨기 어려우며 상대적으로 반응성이 낮은 이유입니다. 루이스 모형은 분자의 구조와 안정성을 예측하는데 도움을 줍니다. 루이스 모형에 따르면, 물은 안정적인 분자이며, 이는 산소와 수소가 모두 안정된 전자 배치를 이루었기 때문입니다.산소가 하나의 수소 원자와만 전자를 공유한다면 산소에는 원자가 전자가 7개뿐이고 옥텟에 도달할 수 없기 때문에 결과 OH 분자는 안정적이지 않습니다. 그러나 산소에 여분의 전자가 더해져 옥텟을 완성하면 결과적인 수산화이온이 음전하를 띠면서 안정되게 됩니다. 공유 결합은 공유된 전자가 두 개의 특정한 원자 쌍을 연결하기 때문에 방향성을 가집니다.이와는 반대로 이온 결합은 비방향성이며 격자 안에 여러 개의 이온을 가지고 있습니다. 따라서 공유 결합 화합물에서는 개별적인 분자를 기본 단위로 간주합니다.

9.6:

공유결합과 루이스 구조

금속 원자와 비금속 원자 사이의 전자의 전송에서 발생하는 이온 결합에 비해, 공유 결합은 전자의 “공유”쌍에 대한 원자의 상호 매력에서 유래.

양연 결합은 둘 다 자신에게 전자를 유치하는 유사한 경향이있을 때 두 원자 사이에 형성됩니다 (즉, 원자 모두 동일하거나 상당히 유사한 이온화 에너지와 전자 친화성을 가지고있을 때).

공유 화합물의 물리적 특성

공유 결합을 포함하는 화합물은 이온 화합물보다 다른 물리적 특성을 나타낸다. 전기적으로 중성인 분자 간의 매력은 전기적으로 충전된 이온 사이에 비해 약하기 때문에, 공유 화합물은 일반적으로 이온 화합물보다 용융 및 비등점이 훨씬 낮습니다. 사실, 많은 공유 화합물은 실온에서 액체 또는 가스, 그리고, 그들의 고체 상태에서, 그들은 일반적으로 이온 고형체 보다 훨씬 부드러운. 또한, 이온 화합물은 물에 용해 될 때 전기의 좋은 도체 반면, 대부분의 공유 화합물은 물에 용해된다; 전기적으로 중립적이기 때문에 어떤 상태에서도 전기도체가 불량합니다.

공유 채권 의 형성

비금속 원자는 종종 다른 비금속 원자와 공유 결합을 형성한다. 예를 들어, 수소 분자인 H2는두 개의 수소 원자 사이의 공유 결합을 포함합니다. 특히 잠재적인 에너지가 서로 접근하는 두 개의 별도의 수소 원자는그들의 원자 궤도(1s)가 겹치기 시작합니다. 각 수소 원자의 단일 전자는 두 원자 핵과 상호 작용하여 두 원자 주위의 공간을 차지합니다. 두 핵에 대한 각 공유 전자의 강력한 매력은 시스템을 안정화시키고 결합 거리가 감소함에 따라 잠재적 인 에너지가 감소합니다. 원자가 계속 서로 접근하면 두 핵의 양성 전하가 서로를 격퇴하기 시작하고 잠재적 인 에너지가 증가합니다. 본드 길이는 가장 낮은 잠재 에너지가 달성되는 거리에 따라 결정됩니다.

화학 결합을 끊기 위해 에너지를 추가해야 한다는 것을 기억하는 것이 필수적입니다(풍등처리), 화학 채권을 형성하는 것은 에너지(퇴보 과정)를 방출합니다. H2의경우, 공유 결합은 매우 강하다; 많은 양의 에너지, 436 kJ, 수소 분자의 한 두더지에서 결합을 깨고 원자가 분리하는 원인이 되기 위해 추가되어야 합니다:

Eq1

반대로 H2 분자의 두더지 한 마리가 H 원자의 두더지에서 형성될 때 동일한 양의 에너지가 방출됩니다.

Eq2

루이스 구조물

루이스 기호는 루이스 구조, 분자 및 다원자 이온의 결합을 설명하는 도면에 표시되는 공유 결합의 형성을 나타내는 데 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 두 개의 염소 원자가 염소 분자를 형성할 때, 그(것)들은 전자의 1 쌍을 공유합니다:

Figure1

루이스 구조는 각 Cl 원자가 결합 (외로운 쌍이라고 함)과 하나의 공유 한 쌍의 전자 (원자 사이에 기록)에 사용되지 않는 전자의 세 쌍을 가지고 있음을 나타냅니다. 대시(또는 선)는 공유전자 쌍인 Cl-Cl을 나타내는 데 사용됩니다.

  • 하나의 공유 전자 쌍을 단일 결합이라고 합니다. 각 Cl 원자는 8개의 원자 전자와 상호 작용합니다: 외로운 쌍에 있는 6및 단 하나 결합에 있는 둘.
  • 그러나, 원자의 쌍은 필수 옥텟을 달성하기 위하여 전자의 둘 이상의 쌍을 공유해야 할 지도 모릅니다. 이중 결합은 CH2O(포름알데히드)의 탄소 원자와 산소 원자 사이와 C2H 4(에틸렌)의 두 탄소 원자 사이에 있는 두 쌍의 전자가 원자 쌍 간에 공유될 때 형성됩니다.
    Figure2
  • 일산화탄소(CO)와 시안화물 이온(CN-)과 같이 3쌍의 전자 쌍이 원자 한 쌍에 의해 공유될 때 삼중 결합이 형성됩니다.
    Figure3

주기적인 표는 원자에 있는 valence 전자의 수 및 옥텟에 도달하기 위하여 형성될 결합의 수를 예측하기 위하여 이용될 수 있습니다. 아르곤과 헬륨과 같은 그룹 18 원소는 전자 구성을 채우고 따라서 거의 화학 결합에 참여하지 않습니다. 그러나 브롬이나 요오드와 같은 그룹 17의 원자는 옥텟에 도달하기 위해 하나의 전자만 필요합니다. 따라서 그룹 17에 속하는 원자는 단일 공유 결합을 형성 할 수 있습니다. 그룹 16의 원자는 옥텟에 도달하기 위해 2 개의 전자가 필요합니다. 따라서 그들은 두 개의 공유 채권을 형성 할 수 있습니다. 마찬가지로, 그룹 14에 속하는 탄소는 옥텟에 도달하기 위해 4 개의 전자가 필요합니다. 따라서 탄소는 4개의 공유 결합을 형성할 수 있습니다.

이 텍스트는 오픈탁스, 화학 2e, 섹션 7.2: 공유 채권오픈세스, 화학 2e, 섹션 7.3: 루이스 심볼 및 구조에서 채택됩니다.