원자가 결합 이론

발렌스 본드 이론 개요

Valence 결합 이론은 두 결합 원자 사이에 공유 된 전자 쌍을 산출 반 채워진 원자 궤도 (각각 단일 전자를 포함하는)의 중복으로 공유 결합을 설명합니다. 두 개의 서로 다른 원자의 궤도는 하나의 궤도의 일부와 두 번째 궤도의 일부가 동일한 공간 영역을 차지할 때 겹칩니다. valence 본드 이론에 따르면, 두 가지 조건이 충족될 때 공유 결합 결과: (1) 한 원자에 궤도는 두 번째 원자에 궤도를 겹치고 (2) 각 궤도의 단일 전자가 결합되어 전자 쌍을 형성한다. 이 음전하 전자 쌍과 두 원자의 양전하 핵 사이의 상호 매력은 우리가 공동 결합으로 정의 하는 힘을 통해 두 원자를 물리적으로 연결하는 역할을합니다. 공유 결합의 강도는 관련된 궤도의 중첩 정도에 따라 달라집니다. 광범위하게 겹치는 궤도는 중복이 적은 것보다 강한 채권을 형성합니다.

시스템의 에너지에 궤도 중첩의 효과

시스템의 에너지는 궤도가 얼마나 겹치는지에 따라 달라집니다. 수소 원자의 경우 두 수소 원자의 에너지합계가 서로 접근함에 따라 바뀝을 이면 됩니다. 원자가 멀리 떨어져 있을 때 겹치지 않으며, 규칙에 따라 에너지의 합계는 0입니다. 원자가 함께 움직이면서 궤도가 겹치기 시작합니다. 각 전자는 다른 원자에 있는 핵의 매력을 느끼기 시작합니다. 또한, 전자는 핵과 마찬가지로 서로를 격퇴하기 시작합니다. 원자는 여전히 널리 분리되어 있지만, 매력은 반발보다 약간 강하고, 시스템의 에너지가 감소하고 결합이 형성되기 시작합니다. 원자가 서로 가까워지면 중첩이 증가하므로 전자와 핵 사이의 반발이 계속 증가합니다. 원자 사이의 특정 거리에서, 관련된 원자에 따라 달라집니다, 에너지는 가장 낮은 도달 (가장 안정적인) 값. 두 접합 핵 사이의 이 최적 거리는 두 원자 사이의 결합 거리이다. 이 시점에서 매력적이고 반발력이 결합되어 가능한 에너지 구성을 가장 낮게 만들기 때문에 결합이 안정적입니다. 핵 사이의 거리가 더 감소한다면, 전자가 서로 더 가깝게 국한됨에 따라 핵과 반발 사이의 반발은 매력적인 힘보다 강해질 것이다. 그런 다음 시스템의 에너지가 상승하여 시스템의 불안정을 초래합니다.

채권 에너지

본드 에너지는 결합 거리에서 발생하는 에너지 최소와 두 개의 분리된 원자의 에너지 간의 차이입니다. 이것은 결합이 형성될 때 방출되는 에너지의 양입니다. 반대로, 채권을 끊기 위해서는 동일한 양의 에너지가 필요합니다. H₂ 분자의 경우, 74pm의 결합 거리에서 시스템은 2개의 분리된 수소 원자보다 에너지가 7.24 ×^10-19 J 낮다. 이것은 작은 숫자처럼 보일 수 있습니다. 그러나, 우리는 열화학의 우리의 이전 설명에서 결합 에너지는 수시로 두더지 당 기준으로 토론된다는 것을 알고 있습니다. 예를 들어, H-H 채권 을 깨기 위해 7.24 × 10^-19 J가 필요하지만 H-H 채권의 두더지 1 개를 깨기 위해 4.36 × 10⁵ J가 필요합니다.

채권의 종류

두 궤도 사이의 거리 외에도 궤도의 방향은 또한 겹치는 영향을 미칩니다 (구형 대칭인 두 개의 궤도 이외의). 궤도가 두 핵 사이의 직항선에 겹치는 것을 지향할 때 더 큰 중복이 가능합니다.

두 개의 궤도(H_2에서와같이) 두 개의 궤도의 중첩, (HCl에서와 같이) 소궤도와 p 궤도의 중첩, 두 개의 p 궤도의 종단 간 중첩(Cl_2에서와같이) 모두 시그마 본드(σ 채권)를 생성한다.

σ 결합은 전자 밀도가 핵축을 따라 지역에 집중되는 공유 결합이다. 즉, 핵 사이의 선은 중첩 영역의 중심을 통과할 것이다. 루이스 구조의 단일 채권은 밸런스 채권 이론에서 σ 채권으로 묘사됩니다.

파이 본드(π 본드)는 두 개의 p 오비탈의 나란히 겹치는 결과인 공유 결합의 유형입니다. π 결합에서 궤도 중첩 영역은 핵 축의 반대편에 놓여 있습니다. 축 자체를 따라, 노드가 있다, 즉, 전자를 찾을 가능성이 없는 평면.

모든 단일 채권은 σ 채권이지만, 여러 채권은 σ 채권과 π 채권으로 구성됩니다. 루이스 구조에 따라 O_2에는 이중 결합이 포함되어 있으며 N_2에는 트리플 본드가 포함되어 있습니다. 이중 채권은 σ 채권 1개와 π 채권 1개로 구성되며, 3중 채권은 σ 채권 1채와 π 채권 2개로 구성됩니다. 두 원자 사이에 형성된 첫 번째 채권은 항상 σ 채권이 되지만 한 곳에는 σ 채권이 하나만 있을 수 있습니다. 여러 채권에서 σ 채권이 있으며 나머지 채권은 채권에 π. 채권 에너지와 관련하여 평균 탄소 탄소 단일 결합은 347kJ/mol이며, 탄소 탄소 이중 결합에서는 π 채권은 267kJ/mol의 채권 강도를 증가시킵니다. 추가 π 채권을 추가하면 225 kJ/mol이 추가로 증가합니다. 우리는 다른 σ 및 π 채권을 비교할 때 비슷한 패턴을 볼 수 있습니다. 따라서, 각 개별 π 채권은 일반적으로 동일한 두 원자 사이의 해당 σ 결합보다 약하다. σ 결합에서, π 결합보다 궤도 중복의 더 큰 정도가있다.

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