루이스 전자점식, 루이스 구조 그리기
안녕하세요. 오늘은 루이스 전자점식 그리는 법을 알아보려고해요.
루이스 전자 점식은 화학에서 분자의 구조를 파악하는데 필요한 원리이기 때문에
고등학교 화학, 대학교 유기화학, 무기화학 등에서 필수로 배워야하는 부분입니다.
루이스 전자 점식에 대해서 알아보겠습니다.
1) 루이스 전자점식이란 무엇인가?
화학자 루이스가 제안한 방법으로 원자의 원자가 전자를 점으로 표현하여 화학 결합을 설명한 것입니다.
2) 루이스 전자점식 그리는 법
첫번째로, 각 원자가 전자의 숫자를 셀 수 있어야 합니다... ㅎㅎㅎ 당연하겠죠?
예를 들어 탄소면 4개.. 산소면 6개... ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ
원자의 루이스 전자 점식을 그려보면 아래처럼 그릴 수 있습니다.
점을 왜 두개씩 사방에 찍냐면요, 루이스가 제안할 때, 같은 오비탈에 들어있는 전자끼리만 붙여서 쓰라고 했다네요.
두번째로, 루이스 전자 점식으로 조금 더 복잡한 화합물을 만들어 봅시다.
공유결합 물질인 NF3를 한 번 그려보도록 하겠습니다.
① 분자에 들어있는 원자가 전자 수를 다 센다.
ex) NF3 가 있다고 해봅시다.
질소의 원자가전자는 다섯 개이고, 플루오린의 원자가 전자는 일곱 개이므로
전체 분자의 원자가 전자수는 26개가 됩니다. 이걸 보통 화학에서는 26e-으로 표현합니다.
② 중심원자를 기준으로 주변원자를 단일결합으로 연결합니다.
★여기서 질문! 어떻게 중심원자와 주변원자를 구분하나요??!?!?!
중심원자를 결정하는 기준은 다음과 같습니다.
1) 원자 번호가 더 큰 원자!(무게가 무거운 것)
2) 공유 원자가 전자가 더 많은것!
3) 실재에 부합하는 것!
네.. 3번은 조금 치사한 룰이지만 우리가 예상한거랑 실재랑 다르다면 우리는 실험 데이터를 믿는 학문이니까요.
ㅎㅎ 그치만 대체로 1,2번으로 예상가능합니다!
★또 하나의 꿀팁!
원래 화학에서는 앞에 쓰는 원소가 중심 원자일 가능성이 높습니다.
예를 들어서 NSO- 와 SNO- 는 다른 화합물입니다. 전자는 N이 중심원자, 후자는 S가 중심원자입니다. 물론 예외
도 있죠, 물은 저희가 H2O라고 쓰니까요. 그렇지만 대학수준에서 나오는 문제들에서는 대체로 앞에 원소가 중심
원자일 경우가 큽니다.
자, 다시 돌아가서 중심원자를 기준으로 주변 원자를 단일결합으로 연결해봅시다.
아까 예시를 NF3로 들었으니까 얘로 한번 해볼께요. 중심 원자는 질소이고 질소 주변에
먼저 플루오린을 배열합니다.(사방으로) 그리고 질소와 플루오린 사이에 단일결합(=공유전자쌍)을 배치합니다.
그러면 아래와 같은 그림이 됩니다.
③ 저희가 ①에서 원자가 전자수를 세놓았던 이유는 이렇게 결합에 써먹고 남는건 또 배치해서 안정된 화합물을
만드려고 한거랍니다. 그런데 ②에서 공유 전자쌍을 형성하는데 6개의 전자를 사용했으므로, 남는 20개의 전자를
배치해야합니다.
배치하는 방법은 한 원자에 들어있는 전자가 8개가 되도록 배치하면 됩니다.
이렇게 배치한 전자들은 결합에 참여하지 않고 쌍을 이루고 있어 비공유 전자쌍이라고 합니다.
NF3를 한번 배치해보도록 하겠습니다.
남는 전자를 배치하는 순서는 주변원자부터 옥텟규칙(8개 전자)를 만족하도록 점을 쌍으로 찍어주시면 됩니다.
그럼 아래와 같은 그림이 됩니다.
그림에 보면 플루오린에 있는 비공유 전자쌍은 초록색으로,
질소에 있는 비공유 전자쌍은 빨간색으로 표시가 되었습니다.
이렇게 NF3의 루이스 구조를 그려봤습니다.^^
자 그런데, 말입니다...
전자쌍을 다 그렸는데도 원자가 옥텟규칙을 만족하지 못하는 경우가 있습니다.
예를 들면 오존(O3)가 그러합니다.
그럼 어떻게 해야할까요?
일단 오존을 위의 공식에 맞추어 먼저 루이스 구조를 그려보도록 하겠습니다.
1) 오존은 산소 3개로 이루어진 분자이므로 각 원자의 총 원자가 전자 수는 18개입니다.
2) 오존은 산소로만 이루어져 있으므로 산소 3개를 단일결합으로 연결합니다.
3) 남는 전자 14개를 배치합니다.
자 가운데 있는 산소 원자가 옥텟규칙(총 전자 8개를 갖는 규칙)을 만족하지 못하죠?
그럼 어떻게 하냐? 주변에 있는 원자가 자기가 가지고 있는 비공유 전자쌍을 중심원자쪽으로
제공해주며 다중결합을 형성합니다. 다중결합을 형성했을 때,
모든 원자가 옥텟규칙을 만족한다면 그게 바로 그 분자의 루이스 구조가 됩니다.
아쉽게도 여기서 끝이 아닙니다.. ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ
그렸는데 루이스 구조가 여러개가 나오는 경우가 있습니다.
그걸 공명이라고 하고, 공명구조에서 주구조와 부구조를 구분할 수 있습니다. 끔찍하죠?
그것만 있냐?
옥텟규칙을 만족하지 않는 애들이 있습니다 ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ
그건 다음 포스팅에서 말씀드리도록 하겠습니다.^^
감사합니다!