광원에대해

목차

1. 이온 결합

2. 공유 결합

3. 금속 결합

본문내용

경우는 그 전자 스핀 방향이 서로 반대일때이다. 만약 양쪽 전자의 스핀이 같은 방향이라면 그들 원자간에는 거리에 관계없이 척력이 작용, 두 개의 수소 원자는 결합하지 않는다.
Lewis 기호와 공유된 전자쌍들로 공유결합을 표현하는 것을 Lewis구조라고 부른다. 분자 내의 공유된 전자쌍들을 결합쌍(bonding pair)라고 부르고 한 개의 원자에 있는 공유되지 않은 다른 전자쌍들을 비결합쌍(nonbonding pairs)또는 고립쌍(lone pairs)이라고 부른다.
공유결합에는 두 종류가 있다. 비극성 공유결합(nonpolar covalent bond)에서는 결합성 전자는 핵 사이에 똑같이 분배 혹은 공유(share)되어 있다. 그러나 극성공유결합(polar covalent bond)에서는 그렇지 않다. H2, N2, Cl2 와 같은 동종핵 2원자 분자(homonuclear diatomic molecule)에 대해서는 두 원자가 같기 때문에 똑같은 분배가 일어나지만, C-H와 같은 결합에서는 서로 다른 종류의 원자에서 비슷한 전자적 성질 때문에 가까스로 균등 분배가 일어난다.
2.1. 탄소 원자의 공유 결합
탄소 원자가 공유 결합을 하는 경우에도 역시 수소처럼 두 개의 전자를 공유하는 형태로 결합한다. 탄소 원자의 최외각전자는 네 개이다. 그래서 그 네 개의 전자 하나 하나가 다른 탄소 원자와 결합할 수 있다. 따라서 한 개의 탄소 원자는 다른 네 개의 탄소 원자와 결합하므로, 원자가 무수히 많이 있다면 얼마든지 모여서 결정체를 이룰 수 있다. 이렇게 모여 만들어진 정육면체의 결정이 다이아몬드이다. 탄소 원자가 6개씩 고리가 되어, 벤젠핵과 같은 육각형의 결정이 되기도 한다. 흑연은 육각판 모양의 결정이 층으로 나열된 형태를 취한다.
다이아몬드를 이루는 탄소원자의 배열
흑연을 이루는 탄소원자의 배열과 여러 각도에서 본 모습
2.2. 탄화수소의 경우
탄소 원자가 수소 원자와 결합하면 탄화수소가 된다. CH4 메탄을 예로 들자. 이 경우에도 탄소 원자와 수소 원자는 두 개의 전자를 공유한다. 그러나 탄소 원자에는 네 개의 원자가전자가 있기 때문에 탄소 한 개가 네 개의 수소와 결합해, CH4라는 메탄 분자를 만들어 낸다. 이 경우 메탄의 탄소 원자는 그 주위에 네 개의 전자쌍, 즉 총 8개의 전자를 갖기 때문에 옥텟의 구조를 가져 매우 안정된 물질이 된다.
CH3CH2OH
H H
│ │
H ─ C ─ C ─ O ─ H
│ │
H H
CH3CH2CH2CH3
H H H H
│ │ │ │
H ─ C ─ C ─ C ─ C ─ H
│ │ │ │
H H H H
3. 금속 결합
주기율표에 있는 원소의 3/4은 금속이다. 모든 금속원소의 원자에서 볼 수 있는 특히 중요한 두 가지 특징이 있다.
① 금속이나 준금속원소(semimetallic element)의 원자의 이온화에너지는 일반적으로 900kJ/㏖ 보다 작은 값이다.(단, 이온화에너지가 1000kJ/㏖인 수은은 예외이다.)
② 원자가전자의 수가 원자가 오비탈의 수보다 적다.
이온화 에너지가 낮다는 것은 원자가 상대적으로 원자가전자를 잡아당기는 힘이 작다는 것을 뜻하며, 또한 어느 전자가 부가될 때 전자친화도가 작다는 것을 말한다. 실제로 금속원소에 대하여 알려져 있는 2원자분자의 결합에너지는 극히 작다.
금속원자와 다른 원자 하나와의 상호작용이 반드시 에너지 강하를 수반한다고 볼 수는 없으나, 한 원자의 원자가전자가 여러 개의 다른 핵의 영향 밑에서 움직인다면 안정성이 더욱 증가될 가능성이 있다. 이와 같은 형태의 상호작용이 가능한 이유는 원자가오비탈보다 더 적은 수의 원자가전자를 가졌다는 금속원자의 두번째 특징 때문이다. 자유원자에 있어서 주어진 주양자수에 대하여 존재할 수 있는 정확한 수를 Pauli의 배타원리가 말해 준다. 원자의 집합체에 대하여 배타원리를 적용하는 것은 더욱 어렵다. 그러나 일반적 관찰이나 이론적 논의에 의하면, 집합체 안에 있는 어느 한 원자를 둘러싸고 있는 공유되거나 공유되지 않는 에너지가 낮은 원자가전자의 최대 수는 그 원자의 원자가오비탈의 2배이다. 즉 NF3는 존재하나 NF5는 존재하지 않고, PCl3와 PCl5는 존재하나 PCl7은 존재하지 않는 이유이다. 금속원자가 소수의 원자가전자를 갖고 있다는 사실은, 응축된 상태에서 Pauli의 배타원리를 위배함이 없이 각 원자가 에너지적으로 유리한 방법으로 많은 가장 가까운 이웃 원자들의 전자를 공유할 수 있다는 것을 뜻한다. 실제로 금속결정의 특징은 원자의 배위수가 크다는 것이다. 즉 체심입방격자에는 8이고, 육방최조밀 구조나 입방최조밀 구조에 있어서는 12이다.
예로서 입방최조밀격자인 알루미늄 원소를 생각해 볼 때, 각 원자는 가장 가까이 있는 12개의 원자 중 어느 것과도 3개의 원자를 공유한다. 그래서 평균하여 어떤 원자는 그 주위에 있는 각 원자로부터 전자 하나의 3/12을 받는다. 이웃하고 있는 모든 원자에 대하여 모두 합해주면 3개의 전자를 받게 된다. 따라서 어느 한 원자가 공유하고 있는 총 평균 전자 수는 6이다. 이 중 3개는 그 자신으로부터 오며 3개는 주위의 원자로부터 온 것이다. 따라서 높은 배위수에도 불구하고, 어느 한 원자 주위의 평균전자수는 원자가오비탈의 두 배를 넘지 못한다는 것을 알 수 있다.
철, 구리, 알루미늄 금속의 원자 배열
① 철(Fe) - 체심입방구조(BCC)
② 구리(Cu) - 면심입방구조(FCC)
③ 알루미늄(Al) - 면심입방구조(FCC)
Simple Cubic(단순입방구조) Body Centered Cubic (체심입방구조)-BCC
Face Centered Cubic (면심입방구조)-FCC
참고문헌 :
⊙ Mahan/Myers 원저 제4판 대학화학 - 한양대학교화학교재연구실 - 한양대학교출판원 - 640~644, 653, 654, 1137~1140
⊙ John W.hill/Ralph H.petrucci 일반화학 - 일반화학교재연구회 - 자유아카데미 - 317~319, 325~330, 350~358
⊙ 화학의 첫걸음 - 사키가와 노리유키, 오김동훈 - 아카데미서적 - 182, 186~194

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