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학습 목표
- 루이스 전자점 기호를 사용하여 요소가 형성할 결합 수를 예측합니다.
일부 물질은 화학적으로 결합된 분자이고 다른 물질은 이온 결합인 이유는 무엇입니까? 이 질문에 대한 대답은 원자의 전자 구조와 화합물 내의 화학적 힘의 성질에 따라 달라집니다. 명확하게 정의된 경계는 없지만 화학 결합은 일반적으로 이온 결합, 공유 결합 및 금속 결합의 세 가지 주요 유형으로 분류됩니다. 이 장에서는 각 유형의 결합에 대해 논의하고 결합 유형이 발생하는 일반적인 물질에서 발견되는 일반적인 특성에 대해 설명합니다.
- 이온 결합은반대 전하를 띤 이온 사이에 존재하는 정전기력. 이러한 결합은 일반적으로 비금속과 금속을 포함합니다.
- 공유 결합두 원자 사이의 전자 공유의 결과. 결합은 일반적으로 하나의 비금속 원소와 다른 비금속 원소를 포함합니다.
- 금속 결합 이러한 결합은 고체 금속(구리, 철, 알루미늄)에서 발견되며 각 금속은 여러 인접 그룹에 결합되고 결합 전자는 3차원 구조 전체에서 자유롭게 이동할 수 있습니다.
각 채권 분류는 이 장의 다음 섹션에서 자세히 설명합니다. 화학 화합물을 형성할 때 원자에서 선호하는 전자 배열을 살펴보겠습니다.
루이스 기호
20초에일세기에 미국의 화학자 G. N. Lewis(1875–1946)는 기호 체계를 고안했습니다.루이스 전자점 기호(종종 줄여서루이스 점 기호) 화합물에서 대부분의 원소가 형성하는 결합 수를 예측하는 데 사용할 수 있습니다. 각 루이스 점 기호는 원자가 전자를 나타내는 점으로 둘러싸인 원소의 화학 기호로 구성됩니다.
루이스 도트 기호:
- 원자가 전자의 편리한 표현
- 결합 형성 중에 원자가 전자를 추적할 수 있습니다.
- 원소의 화학 기호와 각 원자가 전자의 점으로 구성됩니다.
원소의 루이스 점 기호를 작성하려면 원자가 전자를 나타내는 점을 원소의 화학 기호 주위에 한 번에 하나씩 배치합니다. 기호의 위, 아래, 왼쪽, 오른쪽에 최대 4개의 점을 배치합니다(4개 이하의 원자가 전자를 가진 요소가 각 위치에 1개 이하의 점을 갖는 한 임의의 순서로). 원자가 전자가 4개 이상인 요소의 다음 점은 다시 한 번에 하나씩 분포되며 각각 처음 4개 중 하나와 쌍을 이룹니다. 예를 들어, 원자 황의 전자 구성은 [Ne]3s입니다.23시4, 따라서 있다육원자가 전자. 따라서 루이스 기호는 다음과 같습니다.
예를 들어 전자 구성이 [He]2인 불소에스22피5는 7개의 원자가 전자를 가지므로 루이스 점 기호는 다음과 같이 구성됩니다.
루이스는 원소가 화합물에서 형성할 결합의 수를 예측하기 위해 쌍을 이루지 않은 점을 사용했습니다. 그림 8.1.2의 질소 기호를 고려하십시오. 루이스 점 기호는 3개의 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 가진 질소가 3개의 결합을 형성하기 위해 짝을 이루지 않은 전자를 공유하는 화합물을 형성하는 경향이 있는 이유를 설명합니다. 또한 루이스 점 기호에 3개의 짝을 이루지 않은 원자가 전자가 있는 붕소도 3개의 결합을 가진 화합물을 형성하는 경향이 있는 반면, 루이스 점 기호에 4개의 짝을 이루지 않은 원자가 전자가 있는 탄소는 화합물을 형성하여 모든 짝을 이루지 않은 원자가 전자를 공유하는 경향이 있습니다. 네 개의 결합이 있습니다.
옥텟 규칙
1904년 Richard Abegg는 현재아벡의 법칙, 이는 요소의 최대 양수 및 음수 원자가의 차이가 종종 8임을 나타냅니다. 이 규칙은 나중에 1916년 Gilbert N. Lewis가 그의 입방체 원자 이론에서 "옥텟 규칙"을 공식화했을 때 사용되었습니다. 그만큼옥텟 규칙원자가 8개의 전자를 선호하는 경향을 말한다.원자가 껍질. 원자가 8개 미만의 전자를 가질 때, 그들은 반응하고 더 안정한 화합물을 형성하는 경향이 있습니다. 원자는 가능한 가장 안정적인 상태에 도달하기 위해 반응합니다. 완전한 옥텟은 모든 오비탈이 가득 차기 때문에 매우 안정적입니다. 더 큰 안정성을 가진 원자는 더 적은 에너지를 가지므로 원자의 안정성을 증가시키는 반응은 열이나 빛의 형태로 에너지를 방출할 것이고, 안정성을 감소시키는 반응은 더 차가워지면서 에너지를 흡수해야 합니다.
옥텟 규칙을 논의할 때 우리는 고려하지 않습니다.디또는에프전자. 옥텟 규칙에는 s와 p 전자만 포함되므로 다음과 같은 경우에 유용한 규칙이 됩니다.주요 그룹 요소(전이금속 또는 내부전이금속 블록에 없는 원소); 이 원자의 옥텟은 s로 끝나는 전자 구성에 해당합니다.2피6.
정의: 옥텟 규칙
원자가 8개의 전자에 둘러싸여 있을 때 안정적인 배열이 이루어집니다. 이 옥텟은 자신의 전자와 공유되는 일부 전자로 구성될 수 있습니다. 따라서 원자는 전자 옥텟이 만들어질 때까지 계속해서 결합을 형성합니다. 이것은 Lewis의 옥텟 규칙으로 알려져 있습니다.
- 일반적으로 두 개의 전자가 쌍을 이루어 결합을 형성합니다. 예: \(\ce{H_2}\)
- 대부분의 원자의 경우 원자가 껍질(옥텟 구조)에 최대 8개의 전자가 있습니다. 예: \(\ce{CH_4}\)
원자의 다른 경향은 중성 전하를 유지하는 것입니다. 비활성 기체(주기율표의 맨 오른쪽 열에 있는 원소)만이 원자가 옥텟이 채워진 0 전하를 가집니다. 다른 모든 원소들은 모두 8개의 전자를 가질 때 전하를 가집니다. 이 두 가지 기본 원칙의 결과는 원자 내에서 관찰되는 많은 반응성과 결합에 대한 설명입니다. 원자는 원자가 껍질에서 옥텟을 채우면서 전하를 최소화하는 방식으로 전자를 공유하려고 합니다.
비활성 기체는 거의 화합물을 형성하지 않습니다. 그들은 가장 안정적인 구성(완전한 옥텟, 무료)을 가지고 있으므로 반응하고 구성을 변경할 이유가 없습니다. 다른 모든 요소는 희가스 구성을 달성하기 위해 전자를 얻거나 잃거나 공유하려고 시도합니다.
예 \(\PageIndex{1}\): 솔트
식탁용 소금의 공식은 NaCl입니다. Na의 결과물이다.+이온과 Cl-이온 결합. 나트륨 금속과 염소 가스가 적절한 조건에서 혼합되면 염이 형성됩니다. 나트륨은 전자를 잃고 염소는 전자를 얻습니다. 그 과정에서 많은 양의 빛과 열이 방출됩니다. 생성된 염은 대부분 비반응성이며 안정적입니다. 나트륨 및 염소와 달리 폭발 반응을 일으키지 않습니다. 왜?
해결책
옥텟 규칙을 참조하면 원자는 8개의 원자가 전자인 희가스 전자 구성을 얻으려고 시도합니다. 나트륨은 하나의 원자가 전자를 가지고 있으므로 포기하면 네온과 동일한 전자 구성이 됩니다. 염소는 원자가 전자가 7개이므로 하나를 취하면 8개(옥텟)가 됩니다. 염소는 전자를 얻을 때 아르곤의 전자배치를 갖는다.
옥텟 규칙은 염소가 원자가 전자 7개를 모두 포기하고 나트륨이 가져가면 충족될 수 있습니다. 이 경우 둘 다 완전한 원자가 껍질을 가진 희가스의 전자 구성을 갖게 됩니다. 그러나 그들의 요금은 훨씬 더 높을 것입니다. 나일거야7-및 Cl7+, 이는 Na보다 훨씬 덜 안정적입니다.+및 Cl-. 원자는 전하가 없거나 전하가 적을 때 더 안정적입니다.
루이스 점 기호는 이온 화합물의 이온을 나타내는 데에도 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 이온성 화합물 CsF를 생성하기 위한 세슘과 불소의 반응은 다음과 같이 쓸 수 있습니다.
Cs에는 점이 표시되지 않습니다.+세슘이 단일 원자가 전자를 불소로 잃었기 때문입니다. 이 전자의 이동은 Cs를 생성합니다.+원자가 전자 구성이 Xe인 이온과 F-총 8개의 원자가 전자(옥텟)와 Ne 전자 구성을 갖는 이온. 이 설명은 주요 그룹 원소 중에서 간단한 이원 이온 화합물의 이온이 일반적으로 가장 가까운 비활성 가스의 전자 구성을 갖는다는 진술과 일치합니다. 각 이온의 전하는 생성물에 기록되며 음이온과 그 전자는 괄호 안에 표시됩니다. 이 표기법은 이온이 정전기적으로 연관되어 있음을 강조합니다. 두 원소 사이에 전자가 공유되지 않습니다.
원자는 종종 전자를 얻거나 잃거나 공유하여 주기율표에서 가장 가까운 비활성 기체와 동일한 수의 전자를 얻습니다.
본딩에 대한 이러한 질적 접근 방식에 대해 예상할 수 있듯이 다른 곳에서 설명하는 옥텟 규칙에는 예외가 있습니다. 여기에는 하나 이상의 원자가 8개보다 적거나 8개보다 많은 전자를 포함하는 분자가 포함됩니다.
요약
루이스 점 기호는 화합물에서 대부분의 원소가 형성하는 결합 수를 예측하는 데 사용할 수 있습니다. 화합물에서 결합의 수와 기본 배열을 예측하는 한 가지 편리한 방법은 다음을 사용하는 것입니다.루이스 전자점 기호, 원자가 전자를 나타내는 점으로 둘러싸인 원소의 화학 기호로 구성되며 종종 기호의 위, 아래 및 왼쪽과 오른쪽에 배치되는 쌍으로 그룹화됩니다. 이 구조는 주기 2 이상의 원소가 전자를 얻거나 잃거나 공유하여 화합물에서 총 8개의 원자가 전자에 도달하는 경향이 있다는 사실을 반영합니다.옥텟 규칙. 원자가 전자가 2개뿐인 수소는 옥텟 규칙을 따르지 않습니다.
기여자 및 귀속
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