분자 모양 · VSEPR

원자가 껍질 전자쌍 반발

중심 원자 주위의 원자가 껍질 전자쌍(결합 전자쌍과 비공유 전자쌍)은 음전하를 띠어 서로 밀어 내며, 가능한 한 멀리 떨어집니다.

왼쪽에서 각 전자 영역은 구면 위에서 나머지 전자 영역이 미는 힘을 받습니다. 전자쌍을 더하거나 빼거나 흐트러뜨리기를 누르면, 스스로 튕겨 나가 가장 안정한 배치를 찾습니다.

비공유 전자쌍은 원자핵 하나의 인력만 받아 핵에 더 가깝고 더 “두툼”하므로 반발도 더 셉니다.

전자쌍 배열과 분자 모양

CH₄, NH₃, H₂O의 중심 원자는 모두 원자가 껍질 전자 4쌍을 가지므로, 전자쌍 배열은 모두 정사면체(초록색 다면체)입니다.

분자 모양은 원자의 위치만 봅니다. 비공유 전자쌍은 꼭짓점을 차지하지만 “보이지 않으므로”, NH₃는 삼각뿔형이고 H₂O는 V자형입니다.

결합각 비교

반발의 세기: 비공유–비공유 > 비공유–결합 > 결합–결합.

비공유 전자쌍이 많을수록 결합 전자쌍이 더 가깝게 밀리고, 결합각은 더 작아집니다.

CH₄ 109.5° > NH₃ 107° > H₂O 104.5°

그림의 호에 적힌 값은 측정 결합각입니다. 분자 모양은 반발 모형으로 계산하며, 그 경향은 실험과 같습니다.

혼성 오비탈

중심 원자는 에너지가 비슷한 원자 오비탈을 “섞어”, 개수가 같고 에너지가 같은 혼성 오비탈을 만듭니다. 혼성 오비탈 하나에는 전자 영역 하나가 들어갑니다.

혼성 오비탈 수 = 원자가 껍질 전자쌍 수: 2 → sp, 3 → sp², 4 → sp³, 5 → sp³d, 6 → sp³d².

에텐, 에타인, 벤젠에서 혼성에 참여하지 않은 p 오비탈이 π 결합을 이룹니다.

분자 극성

극성 결합마다 결합 쌍극자가 있습니다(가는 화살표, 전기 음성도가 큰 쪽을 가리킴).

이들을 벡터로 더하면, 알짜 쌍극자가 0인 분자는 무극성 분자이고 0이 아닌 분자는 극성 분자(굵은 화살표 μ)입니다.

원자가 셋이어도 CO₂는 직선이라 쌍극자가 상쇄되고, SO₂는 V자라 상쇄되지 않습니다.

확장 옥텟

3주기 이후 원소는 전자 영역이 5개, 6개, 심지어 7개일 수 있습니다.

삼각쌍뿔에서 적도 위치는 90° 이웃이 둘뿐이고 축 위치는 셋이므로, 비공유 전자쌍은 항상 적도 위치를 먼저 차지합니다. SF₄는 시소형, ClF₃는 T자형, XeF₂는 직선형입니다.

정팔면체에서 비공유 전자쌍 둘은 트랜스로 놓이며, XeF₄는 평면 사각형입니다.

카이랄 분자

탄소에 서로 다른 원자나 기 넷이 붙으면, 분자와 그 거울상은 왼손·오른손처럼 어떻게 돌려도 포개지지 않습니다.

포개기를 눌러 거울상 분자를 원래 분자 위에 겹치고, 어느 원자가 맞지 않는지 보십시오.

분자 라이브러리

VSEPR 유형별로 모든 분자를 둘러봅니다. 끌어 회전하고, 휠로 확대·축소합니다.