화학 극성 분자의 전자 밀도 분포의 표시 불균일의 존재를 특징으로하는 속성이다. 따라서 그 구조에는 음으로 하전 된 영역 (δ-)과 다른 부분은 양으로 하전 된 (δ +)이있어 쌍극자 모멘트를 생성합니다.
결합의 쌍극자 모멘트 (µ)는 분자 극성의 표현 형태입니다. 일부 화학자는 역으로 표현하지만 일반적으로 기원이 전하 (+)에 있고 끝이 전하 (-)에있는 벡터로 표시됩니다.
물 분자에 대한 정전기 전위 맵. 출처 : Benjah-bmm27 via Wikipedia.
위 이미지는 물 H 2 O에 대한 정전기 전위 맵을 보여줍니다 . 적색 영역 (산소 원자)은 전자 밀도가 가장 높은 영역에 해당하며, 이것이 파란색 영역 (수소 원자)에서 두드러지는 것을 볼 수 있습니다. ).
상기 전자 밀도의 분포가 이종이므로 양극과 음극이 있다고한다. 이것이 우리가 화학적 '극성'과 쌍극자 모멘트에 대해 이야기하는 이유입니다.
쌍극자 모멘트
쌍극자 모멘트 μ는 다음 방정식으로 정의됩니다.
µ = δ · d
여기서 δ는 각 극의 전하, 양 (+ δ) 또는 음 (-δ)이고 d는 그 사이의 거리입니다.
쌍극자 모멘트는 일반적으로 기호 D로 표시되는 디바 이로 표시됩니다. 1 쿨롱 · 미터는 2.998 · 10 29 D 와 같습니다 .
서로 다른 두 원자 사이의 결합 쌍극자 모멘트 값은 결합을 형성하는 원자의 전기 음성도 차이와 관련이 있습니다.
분자가 극성이 되려면 구조에 극성 결합을 갖는 것으로는 충분하지 않지만 비대칭 기하학도 가져야합니다. 쌍극자 모멘트가 서로를 벡터 적으로 상쇄하는 것을 방지하는 방식입니다.
물 분자의 비대칭
물 분자에는 두 개의 OH 결합이 있습니다. 분자의 기하 구조는 각진 형태, 즉 "V"모양입니다. 따라서 결합의 쌍극자 모멘트는 서로 상쇄되지 않고 오히려 산소 원자를 향하여 합산됩니다.
H 2 O에 대한 정전기 전위 맵은 이를 반영합니다.
각 분자 HOH가 관찰되면 다음과 같은 질문이 발생할 수 있습니다. 정말 비대칭입니까? 가상의 축이 산소 원자를 통해 그려지면 분자는 두 개의 동일한 절반 인 HOOH로 나뉩니다.
그러나 가상 축이 수평이면 그렇지 않습니다. 이 축이 분자를 다시 두 개의 반으로 나누면 한쪽에는 산소 원자가 있고 다른쪽에는 두 개의 수소 원자가 있습니다.
이러한 이유로 H 2 O 의 명백한 대칭은 존재하지 않으므로 비대칭 분자로 간주됩니다.
극성 분자
극성 분자는 다음과 같은 일련의 특성을 충족해야합니다.
-분자 구조의 전하 분포는 비대칭입니다.
-그들은 일반적으로 물에 용해됩니다. 이는 극성 분자가 쌍극자-쌍극자 힘에 의해 상호 작용할 수 있기 때문입니다. 여기서 물은 쌍극자 모멘트가 큰 특징이 있습니다.
또한 유전 상수가 매우 높아 (78.5) 전하를 분리하여 용해도를 높일 수 있습니다.
-일반적으로 극성 분자는 끓는점과 융점이 높습니다.
이러한 힘은 쌍극자-쌍극자 상호 작용, 런던 분산력 및 수소 결합 형성으로 구성됩니다.
-전하로 인해 극성 분자가 전기를 전도 할 수 있습니다.
예
SW
이산화황 (SO 2 ). 산소의 전기 음성도는 3.44이고 황의 전기 음성도는 2.58입니다. 따라서 산소는 황보다 전기 음성이 더 높습니다. 두 개의 S = O 결합이 있는데, O는 δ- 전하를 갖고 S는 δ + 전하를가집니다.
정점에 S가있는 각 분자이기 때문에 두 쌍극자 모멘트는 같은 방향으로 향합니다. 따라서 그들은 합쳐져 SO 2 분자를 극성으로 만듭니다.
CHCl
클로로포름 (HCCl 3 ). 하나의 CH 결합과 세 개의 C-Cl 결합이 있습니다.
C의 전기 음성도는 2.55이고 H의 전기 음성도는 2.2입니다. 따라서 탄소는 수소보다 전기 음성이 더 높습니다. 따라서 쌍극자 모멘트는 H (δ +)에서 C (δ-) : C δ- -H δ +를 향 합니다.
C-Cl 결합의 경우 C는 전기 음성도가 2.55이고 Cl은 전기 음성도가 3.16입니다. 쌍극자 벡터 또는 쌍극자 모멘트는 3 개의 C δ + -Cl δ- 결합에서 C에서 Cl로 향 합니다.
수소 원자 및 세 개의 염소 원자로 이루어져 전자 리치 영역 주위에 전자가 부족한 부분이있을 때, 클로로포름 3 극성 분자로 간주된다.
HF
불화 수소는 HF 결합이 하나뿐입니다. H의 전기 음성도는 2.22이고 F의 전기 음성도는 3.98입니다. H : 따라서, 높은 전자 밀도, 두 원자 사이의 결합 불소 단부까지 최선으로 설명 δ + -F δ- .
NH
암모니아 (NH 3 )에는 3 개의 NH 결합이 있습니다. N의 전기 음성도는 3.06이고 H의 전기 음성도는 2.22입니다. 세 가지 결합 모두에서 전자 밀도는 질소를 향하여 한 쌍의 자유 전자가 있으면 훨씬 더 높습니다.
NH 3 분자 는 N 원자가 꼭지점을 차지하는 4 면체입니다. NH 결합에 해당하는 3 개의 쌍극자 모멘트는 같은 방향으로 향합니다. 그들에서 δ-는 N에 있고 δ +는 H에 있습니다. 따라서 결합은 N δ- -H δ + .
이러한 쌍극자 모멘트, 분자의 비대칭, 질소상의 자유 전자 쌍은 암모니아를 극성이 높은 분자로 만듭니다.
헤테로 원자를 가진 거대 분자
분자가 매우 크면 더 이상 무극성 또는 극성 자체로 분류 할 수 없습니다. 이것은 구조의 일부가 무극성 (소수성) 및 극성 (친수성) 특성을 모두 가질 수 있기 때문입니다.
이러한 유형의 화합물은 양친 매성 또는 양친 매성으로 알려져 있습니다. 무극성 부분은 극성 부분에 비해 전자가 부족한 것으로 간주 될 수 있기 때문에 구조에 극성이 존재하고 양친 매성 화합물은 극성 화합물로 간주됩니다.
헤테로 원자를 가진 거대 분자는 일반적으로 쌍극자 모멘트를 가지므로 화학적 극성을 가질 수 있습니다.
이종 원자는 구조의 골격을 구성하는 것과 다른 것으로 이해됩니다. 예를 들어, 탄소 골격은 무엇보다도 생물학적으로 가장 중요하며 탄소와 결합을 형성하는 원자 (수소 외에)를 헤테로 원자라고합니다.
참고 문헌
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