간단한 화학 질문드립니다.
- 2018.11.25. 16:01
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혼자서 화학공부를 하던중 의문이 들었습니다.
원자가 결합을 할 때는 이온결합, 공유결합이 있다고 아는데요
전하의 끌림에 의해 결합하는 이온결합, 공유 전자쌍을 만들어 18족원소와 같은 원자가 전자 수를 가지려 하는 공유결합.
으로 알고 있습니다.
궁금한건 NH4(+) - 암모늄 이온, CO3(2-) -탄산이온
같은 위 이온들의 정체를 모르겠습니다. N에 수소 4개가 결합한건 알겠는데 왜 + 로 전자가 하나 떨어지는지, 또 떨어진다면 N에서 하나 H에서 하나 이런식으로 떨어지는건지 아니면 NH4전체에서 떨어지는건지 모르겠어요. 탄산이온도 같고요.
혼자 생각을 해보며 분자 자체가 이온화가 된건가 하는 결론에 달했는데요. 루이스 점자식을 그려봤지만
NH4 에선 남는 비공유 전자가 한개가 있으니 18족 원자가 전자처럼 전자를 맞추기 위해서는 전자 하나를 떼서 +이온을 만드는게 맞다고 생각했는데
CO3 를 그려봤더니 한 원자당 전자가 7개씩 해서 결합이 되더군요. 그럼 원자는 4개이니 안정화 시키려면 필요한 전자가 4개 입니다. 그럼 4-가 되야하는게 맞지 않을까요? 왜 2- 일까요?
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탄산이온은 탄소를 중심에 두고 산소 3개가 이중결합 하나에 단일결합 두개로 결합하고 있으니까
전자 7개짜리 산소 두개가 각각 -전하를 띠고 있고, 그친구들이 탄소에 붙었으니 전체 전하는 -2가 되는거죠
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CO3 는 원래 H2CO3로 양성자 2개를 잃고 2-된겁니다. 구조식 보면 양성자가 떨어져 나가고 비공유 전자쌍이 수소가있던 자리에 한쌍씩 남아서 각각 -1인걸 알 수 있어용
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근데 H+는 최외각 전자가 0개죠?
단순히 N의 비공유전자쌍 :이 H+와 공유하여 [H3N: + (H+)되어] NH4+가 만들어지는 겁니다.
처음에 중성이였는데 양성자 하나가 더 추가되었으니 + 를 갖게되는거에요...
CO3의 경우 뭐 다른 예를 들든 같은 얘기긴 한데 CO2를 생각해봐요.
O::C::O 여기에 O가 하나 추가되는 구조 잖아요? 근데 C에는 이미 결합할 전자가 없어요.
그면 O와의 결합을 깨서 3번째 O와 결합하는 수 밖에 없어요.
그면 O::C (: O)X2인 구조가 될겁니다...
C와 O 사이의 결합 하나가 깨져서 전자 1개는 탄소에, 나머지 하나는 산소에 간다고 생각해요.
근데 이때 O의 비공유전자쌍은 5개잖아요. 탄소와 결합하고 있는 전자 2개까지 포함하면 총 전자는 7개죠?
옥텟규칙 아실거라 믿습니다. 옥텟규칙에 의해 전자 8개를 맞춰주면 전자 2개가 더 필요하죠?
그래서 2-가 됩니다.
(CO2에 O하나가 추가되는 반응은 깁스에너지가 음수가 되는지 모르겠네요... 반응이 될지 안될지 의문 가지시지 마시고 단순 구조가 어떻게 될지 생각해보세용...)
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1. 제가 이해한걸로는 H3N, CO2 같은 안정적 구조를 파악해야 NH4나 탄산이온같은 제기준에선 특별한 이온들을 파악하는데 도움이 될거라 생각하는데 이때, H3N: 이 중성인지는 어떻게 파악할수 있나요?
2. 설명중 아래부분 O의 비공유전자"쌍" 이 5개라 하셨는데 저는 전자 두개를 하나 쌍이라하는 걸로 아는데 쌍이 맞나요?
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그럼 N은 1s에 2개, 2s에 2개, 2p에 3개의 전자가 돌고 있다는거 쉽게 아시겠죠?
다만 저희는 최외각 전자만 반응에 참여하는 것을 알고 있어요.(특별한 에너지 이상 주지 않는 이상)
그럼 2번째 껍질에 있는 전자 5개, 이 5개 중에서도 2p오비탈에 있는 전자 3개가 반응성이 좋은 것도 알고 있어요.
그렇다면 저희는 이러한 N의 전자상태를 :N(•)x3으로 쉽게 생각할수있어요. 당연 이상태는 중성일 때 얘기하는 거구요.
(:은 2s에 차 있는 전자, •은 p오비탈에 있는 전자.)
즉, H3N:에서 p오비탈에 있는 전자들만 반응에 참여했지, 2s에 있는 전자들은 결합을 이루지 않은 것을 쉽게 알수있어요.
다시 말하면, 중성 수소 3개와 중성 질소로 이루어졌으니, 중성인 겁니다.
NH4의 경우를 보면, N에 비공유전자쌍이 없어요. 즉, 2s에 차있는 전자 2개가 결합을 하고 있다는 거죠.
그러면 중성 H가 이 2s에 들어있는 전자2개와 결합이 가능하나요?
H는 최외각 전자가 1개인데 2s 전자 2개를 받으면 결합에 이용되는 전자가 3개 되버립니다.
이것은 베타원리에 어긋납니다. 오비탈 한 궤도에는 같은 전자는 존재할 수 없습니다.
즉, 전자 1개가 없어야 되므로, 중성 수소가 아닌 양성자, H+가 결합에 이용된 것을 쉽게 알 수 있어요.
위에 댓글중에 형식전하, formal charge 개념 한번 공부해보도록 해보세요.
2. 아 전자 5개 입니다. 실수했네요 제가..
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전 그냥 수능특강 화1으로 공부중이라서요
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전 화학쪽 공대생이니...잘해야죠... 힘내세여~
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사실 일반화학 안봐도 되는게 유기화학 첫 부분이 일반화학의 공유결합 부분 다시 배우잖아요.
공유결합이라는게 단순히 전자 2개가 만났다 정도로 이해하면 안됩니다...
공유결합이 전자파동의 겹침, 파동함수가 오버랩 된 것이고,
그 파동함수가 오버랩 된 공간 주위에 전자가 있을 확률이 매우 높다.
우리는 이것을 공유결합이라고 부른다.
파동함수의 위상을 +, -라 볼수있는데, 당연히 반대되는 위상끼리의 파동함수는 오버랩이 안되고,
같은 위상을 가진 전자끼리 결합가능하다. 이것이 베타원리이다.
화합물 내에 결합이 끊어지고 다른 것과 반응하는 것은,
오버랩 된 파동의 에너지보다 더 안정한, 더 낮은 에너지 크기를 가질 수 있기 때문에 반응하는 것 이다.
이것이 깁스 자유에너지 G=H-TS이다.
이 정도로, 양자적인 해석이 필요하고 열역학과 관련 지어서 생각하셔야되요.
물론, 수식으로 이해하면 좋긴한데, 그 까지는 필요없고
결합이 일어나는 원론적인, 제가 얘기한 것들을 받아드릴 정도가 되야된다고 생각해요.
하고픈 말은, 암기할려고 하지말고, 특히 공유결합과 반데르발스 결합을 배울 때 만큼은
오비탈, 파동함수로 이해할려고 노력하세요...
근데 사실 ㅋㅋ 학부 수준으로 취업이 목적이면 책 암기하고 연습문제 푸는게 직빵이긴 한데...
선택은 자유니까... 열공하십쇼~
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아마 아실텐데... 몸 만들고 나오거나 운전배워서 나오는게 승리자입니다.
영어도 해놓으면 좋은데 차피 지금 토익따도 졸업 때 기한 다 되서 다시 따야되잖아요.
언제 전역이신지 모르겠으나, 굳이 할꺼면 심심삼아 위험물기능사 이런거 따시는게...
학점이 좀 좋으시면, 영어 빡세게 만들고 나와서 산학장학생 노리시면 되는데...
그것도 아니면 몸 만들고 나와요.
몸도 엄청 좋다 이러면 책... 소설책이라도 좋으니 책.. 책 읽고 나오십쇼..
제가 군대에서 전공공부하고 나온 케이스인데 개부질없습니다...
차피 복학하시면 ㅈ터지게 하니까 거기서 작은 것의 행복, 소소한 행복 누리고 나오세요.
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