루이스 구조에서 각 원자의 형식 전하를 결정하는 것이 중요한 이유?
전자를 추적하면 유기 화학을 휠씬 더 잘 이해할 수 있기 때문이다.
1. 형식 전하
1-1. 분자 내에서 전자를 계산하고 전하 분포를 평가하는 것은 구조가
성질에 미치는 영향을 이해하는 데 필요하다.
1-2. Lewis 구조는 음전하, 양전하를 종종 가진다.
1-3. 중성은 양전하와 음전하의 합이 0을 의미한다.
1-4. 형식 전하는 중성 원자의 원자가 전자수와 루이스 구조 내에서 계산한 전자수의 차이이다.
1-5. ' - ' : (마이너스)는 빼기의 – 가 아니라 음전하를 뜻하며,
-1 이라는 뜻은 음전하의 성질이 1만큼의 크기를 가진 음전하라는 의미.
중성원자에서 전자를 한 개 얻으면 그 원자는 원래보다 음전하의 성질을 보이기 때문에
' -' (마이너스)로 표현한다.
‘ – ‘는 빼기의 개념이 아니라 음전하의 성질을 보인다는 표현으로 –(음)로 표기되는 것이다.
1-6. +1 은 양전하의 성질이 1만큼의 크기를 가진 양전하 라는 뜻.
원래 가지고 있던 중성자보다 전자가 하나 적으면 가지고 있던 중성자는
양성자 성질이 그 만큼 상대적으로 강해진다는 의미이기 때문에 ' + ' (플러스)로 표현된다.
이것은 단순히 더하기 개념이 아니라
양전하의 성질을 보인다는 표현으로 +(양)로 표기되는 것이다.
2. 형식 전하 계산법
2-1. 형식 전하는 Lewis 구조식에서 공유 결합의 두 전자를 두 원자가 똑같이 나누어 가진다는
사실에 근거를 둔다.
그래서 형식 전하를 구할 때는 공유 결합 내의 전자는
결합을 만들고 있는 두 원자가 똑깥이 나누어 가진 것으로 간주한다.
2-2. 형식 전하를 구하기 위해 전자를 구하는 방법은
팔전자계가 만족되는지 알기 위해 계산하는 법과는 다르다.
2-3. 이주기 원소는 공유 전자와 비공유 전자 모두가 8이면 원자가 껍질을 모두 채운다.
공유 결합의 결합 전자 두 개는 두 원자 모두의 원자가 껍질을 채운다.
2-4. 비공유 전자는 한 원자가 가진 것으로 간주.
2-5. 루이스 구조식 내의 원자는 중성일 수도 있고 양전하 또는 음전하를 가질 수 있다.
2-6. 루이스 구조식 내에 있는 원자들의 형식 전하(formal charge)는 전자수를 계산하여
중성원자와 비교해 보면 알 수 있다.
2-7. 형식 전하 = 중성 원자의 전자수 – 비공유 전자쌍의 전자수 – 1/2(공유 결합 내의 전자수)
ex) SOCl2 (thionyl chloride)의 루이스 구조의 형식 전하를 계산하라.
| 중성 원자의 원자가 전자 | 계산된 전자 | 형식 전하 | |
| Sulfur | 6 | 1/2 x (6) + 2 = 5 | +1 |
| Oxygen | 6 | 1/2 x (2) + 6 = 7 | -1 |
| Chlorine | 7 | 1/2 x (2) + 6 = 7 | 0 |
1. Sulfur(S)
Sulfur(S)은 공유결합이 3개.
한 개의 공유결합은 전자 두개를 공유하는 것이기 때문에
sulfur의 공유결합 안에 있는 전자는 총 6개.
여기서 sulfur만 가지는 전자는 3개이다.
이는 공유 결합에 전자 한 개씩 참여했다는 의미.
여기에 비공유 전자쌍 1개, 즉 전자 2개가 존재.
sulfur가 가지는 계산된 전자는 3+2=5개
sulfur 중성 원자의 원자가 전자는 6개.
이 구조에서의 sulfur는 원래 6개의 전자보다 한 개 적은 5개의 전자를 가지므로
전자의 성질이 1만큼 줄어들어서 sulfur가 가지는 성질은 양전하를 띄는 +1로 표시된다.
2. Oxygen(O)
Oxygen은 공유결합이 한개.
공유결합에서 O가 갖는 전자는 1개.
비공유 전자쌍 3개이므로 전자는 모두 6개.
1+6=7개
이 구조에서의 oxygen는 원래 6개의 전자보다 한 개 많은 7개의 전자를 가지므로
전자의 성질이 1만큼 늘어나서 oxygen은 가지는 성질은 음전하를 띄는 -1로 표시된다.
3. Chlorine(Cl)
chlorine은 공유결합이 한개.
공유결합에서 Cl가 갖는 전자는 1개.
비공유 전자쌍 3개이므로 전자는 모두 6개.
1+6=7개
이 구조에서의 chlorine는 원래 중성 chlorine에서 가지는 7개의 전자와 동일한 7개의 전자를 가진다.
전자의 증감이 없는 중성원자 성질을 보이므로 0로 표시된다.
2개의 각각 chlorine 적용.
루이스 구조 내의 형식 전하을 반영하면 아래 그림과 같다.
3. 루이스 구조 그리는 법
1. 분자식과 연결성을 실험적으로 구하여 문제에 제시한다.
2. 원자가 전자의 수를 계산한다.
중성 원자의 경우, 이것은 구성 원자의 원자가 전자를 합한 것과 같다.
3. 결합된 원소들을 ‘ – ‘ 나 공유 전자쌍 ( : ) 으로 연결하라.
4. 공유 결합 내의 전자 수 (결합수의 두 배) 를 계산해서 전 제 전자수에서 이 수를 뺀다.
5. 전자쌍을 더하서 가능한 한 많은 원자가 팔전자를 가지게 하라.
수소를 두 개만 가진다.
전자수가 모자라서 모든 원자가 8개씩 가질 수 없다면 전기음성도가 큰 원자부터 채워라.
6. 하나 또는 두 개 이상의 원소가 8개의 전자를 가질 수 없으면
이웃하고 있는 원자와 이중 결합을 만들어 8개의 원자가 되게 하면 된다.
7. 형식 전하를 계산하라.
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Written by K-Lab Zone(K-LZ)
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