화학에서 극성 결합의 정의 및 예

원자를 함께 유지하는 세 가지 기본 유형의 화학 결합이 있는데, 이온 결합 , 공유 결합 및 금속 결합 입니다 . 또한, 공유 결합은 결합에 포함된 전자의 수, 전자의 기원(원자 중 하나 또는 둘 다), 결합 주변의 전자 밀도 분포의 균일성에 따라 여러 부류로 나눌 수 있습니다. 코어. 극성 결합 은 서로 다른 전기 음성도를 갖기 때문에 원자가 전자를 동등하게 공유하지 않는 일종의 공유 결합 으로 정의됩니다 .

공유 결합은 하나 이상의 원자가 전자 쌍이 두 원자 사이에 공유되어 서로를 유지하는 결합이라는 것을 기억해야 합니다.

극성 결합이라고 불리는 이유는 이러한 유형의 결합에서 전자 밀도가 전기 음성도가 더 큰 원소쪽으로 약간 이동하여 부분적으로 음전하(기호 δ-로 표시됨)를 획득하는 반면 다른 원자는 전하를 획득하기 때문입니다. 부분적으로 양전하(기호 δ+로 표시됨). 이렇게 보면 링크는 양극과 음극이 있기 때문에 전기 쌍극자입니다.

극성 결합과 전기음성도 차이

원자의 전기 음성도는 다른 원자와 화학적으로 결합할 때 전자를 끌어당기는 능력을 나타내는 숫자입니다. 이 특성은 전기음성도가 가장 낮고 가장 큰 원소인 프랑슘의 경우 0.65에서 불소의 경우 4.0까지의 척도로 측정됩니다.

전기음성도는 화학적 결합과 밀접하게 연결되어 있으며 실제로 많은 경우 서로 다른 원소의 두 원자 사이에 형성되는 결합 유형을 결정합니다. 그 차이가 크면 결합은 이온결합이 되고, 아주 작거나 차이가 없으면 공유결합이 된다. 그러나 그 차이가 중간이면 극성 결합이 존재하게 됩니다.

그러나 이것은 매우 중요한 질문을 제기합니다. 차이가 이온 결합을 정의할 만큼 충분히 큰지 또는 순수한 공유 결합을 정의할 만큼 충분히 작은지를 어떻게 알 수 있습니까?

이온성 및 공유성 특성이 갑자기 변하는 것이 아니라 점차적으로 변한다는 사실을 고려할 때, 한 유형과 다른 유형의 결합 사이의 한계는 다소 모호합니다. 그러나 화학자들은 극성 공유 결합이 무엇인지에 대한 보다 명확한 정의를 허용하는 다음과 같은 규칙을 확립했습니다.

극성 결합 및 쌍극자 모멘트

극성 결합이 전기 쌍극자라는 것은 이미 밝혀졌습니다. 전기 쌍극자는 전기 음성도가 낮은 원자에서 전기 음성도가 큰 원자를 가리키는 그리스 문자 μ(mu)로 표시되는 벡터인 쌍극자 모멘트라고 하는 것이 특징입니다.

쌍극자 모멘트의 크기는 극의 전하와 쌍극자의 길이(이 경우 결합 길이)의 곱으로 지정됩니다. 극성 결합의 경우 쌍극자 모멘트는 결합된 두 원자 사이의 전기음성도 차이에 비례합니다.

극성 결합 및 극성

분자가 하나의 극성 결합만 가질 때 분자 전체는 쌍극자 모멘트를 가지며 분자는 극성이라고 합니다 . 극성은 분자 화합물에서 매우 중요한 특성인데, 이는 다른 특성 중에서 다양한 용매에서의 용해도, 녹는점 및 끓는점과 같은 특성을 결정하기 때문입니다.

그러나 극성 결합을 갖는다는 사실이 분자가 극성이라는 것을 보장하지 않는다는 점에 유의해야 합니다. 분자가 하나 이상의 극성 결합을 가질 때 분자의 총 극성은 모든 극성 결합의 쌍극자 모멘트의 합으로 주어집니다 . 이러한 쌍극자 모멘트는 벡터로 추가됩니다. 이러한 이유로 서로 다른 극성 결합의 쌍극자 모멘트가 서로 상쇄되어 분자 자체가 극성 결합을 가지고 있음에도 불구하고 비극성이 되는 경우가 있을 수 있습니다. 상쇄되지 않으면 분자는 극성이 됩니다.

극성 결합의 예

극성 결합은 대부분의 경우 비금속 원소 사이에서 발생합니다. 일반적으로 주기율표에서 멀리 떨어져 있을수록 두 원자 사이의 전기음성도 차이가 커지고 따라서 결합의 쌍극자 모멘트가 커집니다. 즉, 결합의 극성이 커집니다.

다음은 유기 화학에서 매우 자주 발생하는 대표적인 극성 결합의 몇 가지 예입니다.

OH 결합

OH 결합을 가진 많은 분자 화합물이 있습니다. 가장 악명 높은 것은 물론 분자식이 H ₂ O이고 두 개의 OH 결합을 가진 물입니다. 그러나 알코올, 페놀, 카르복실산 등을 포함하여 이러한 유형의 결합을 가진 수많은 다른 화합물이 있습니다.

산소와 수소의 전기음성도 차이는 1.24로

CO 링크

CO 결합은 알코올, 에테르, 산 등을 포함한 많은 유기 화합물에서 또 다른 매우 일반적인 예입니다. 탄소와 산소의 전기 음성도 차이는 0.89입니다. 이 결합은 에테르의 극성을 담당하고 다른 많은 화합물의 극성을 부분적으로 담당합니다.

CN 링크

DNA와 모든 단백질을 포함한 아민, 아미드 및 수많은 기타 화합물에는 여러 개의 CN 결합이 포함되어 있습니다. 0.49의 전기 음성도 차이로 이 결합은 극성 결합과 비극성 공유 결합의 경계선에 가깝습니다.

NH링크

질소와 수소의 전기음성도 차이는 0.84로 상당히 극성인 결합입니다. 사실, 이러한 결합의 분극화는 질소에 부착된 수소가 수소 결합이라고 하는 3개의 핵 사이의 특수한 유형의 공유 결합의 일부를 형성할 수 있음을 의미하며, 이는 이를 형성할 수 있는 화합물의 많은 특성에 대한 책임이 있습니다.

C=O 결합

이것은 공유 결합 극성이 결합 순서와 무관한 개념이라는 사실을 강조하는 중요한 예입니다. 결합은 단일 결합, 이중 결합 또는 삼중 결합인지 여부에 관계없이 극성 또는 비극성일 수 있습니다.

이를 고려하여 C=O 결합은 이중 결합이라는 사실에 관계없이 여전히 극성입니다. 그러나 원소의 전기 음성도는 혼성화에 의존하기 때문에 극성에 차이가 있습니다. 이 경우 탄소와 산소는 둘 다 sp ² 혼성화되어 둘 다 전기음성도가 더 높아지지만 둘 사이의 전기음성도에는 여전히 차이가 있습니다.

HF 링크 – 규칙의 예외

위에서 언급한 바와 같이, 공유 및 이온 특성 사이의 경계가 흐려지고 전기음성도 차이 측면에서 극성 결합의 정의는 예외를 나타낼 수 있습니다. 매우 일반적인 것은 플루오르화수소 또는 HF입니다.

이 화합물의 경우 전기 음성도의 차이는 1.78입니다. 이전 정의에 따르면 이것은 이온 화합물 내에 HF를 배치합니다. 그러나 화합물을 이온성 또는 공유성으로 만드는 것은 전기음성도의 차이뿐만 아니라 물리적 및 화학적 특성입니다.

이온 결합은 매우 강하고 녹는점과 끓는점이 매우 높은 결정질 고체를 생성하는 것이 특징입니다. 그러나 HF는 끓는점이 19.5ºC에 불과하기 때문에 상온에서 기체입니다. 1,465ºC인 염화나트륨의 끓는점과 비교하십시오.

또한 HF는 이온 화합물의 경우와 같이 비금속과 금속이 아닌 두 개의 비금속으로 구성됩니다. 이 두 가지 이유로 HF는 수소와 불소 사이의 전기음성도 차이가 높음에도 불구하고 극성 공유 화합물로 간주됩니다 .

SH 링크 – 기타 예외

SH 결합은 전기음성도 차이 조건을 충족하지 않음에도 불구하고 극성으로 간주되는 공유 결합의 예입니다. 이 경우 차이는 0.38로 비극성 공유 결합 그룹에 속하지만 화학자들은 결합이 실제로 극성이라는 데 동의합니다.