[일반화학실험 A+리포트] 분자모델링 VSEPR

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[일반화학실험 A+리포트] 분자모델링 VSEPR 레포트

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* 전체 내용은 해피캠퍼스에 제가 등록해놓은 자료를 통해 확인하실 수 있습니다.

 

Ⅰ. Title: 분자 모델링(Molecular modeling)

 

Ⅱ. Objectives

1.     루이스 구조, VSEPR 모형의 원리, 공유분자의 3차원 구조를 이해한다.

 

Ⅲ. Background Information

1.     루이스 구조(Lewis Structure) [1]

 

미국의 화학자 루이스(G. N. Lewis)는 원자의 전자구조와 화학결합을 표현하는데 기본이 되는 유용한 모델을 소개하였다. 이 루이스 모델에서는 원자가 전자를 원소기호의 둘레에 배열한 점으로서 표현하며 핵심부 전자는 그리지 않는다. 처음 4개의 점들은 원소기호의 4면의 둘레에 하나씩 그린다. 원자가 전자의 수가 4보다 크다면, 점들은 이미 그린 점과 쌍을 이루게 그린다. 이러한 그림을 원자의 루이스 점 구조(Lewis dot symbol)이라고 한다.

처음 세 주기의 원소들에 대한 루이스 구조는 다음과 같다.

[Figure 1. 원소들의 루이스 구조]

공유결합의 루이스 모델은 비이온성 화합물에서 전자가 한 원자에서 다른 원자로 옮겨가지 않고, 원자들 사이에서 공유되어 공유결합을 이룬다는 생각에서 출발한다. 예를 들어 수소와 염소는 결합하여 공유화합물(covalent compound)인 염화수소를 이룬다. 이러한 결과는 생성물질 분자의 루이스 구조(Lewis Structure)를 사용해 표시할 수 있으며, <후략>

 

2.     형식전하(Formal charge) [1]

동종핵(homonuclear) 이원자 분자에서는 두 원자가전자를 동일하게 공유하며, 따라서 이런 분자는 거의 이상적인 공유성을 보인다.

하지만 일산화탄소(CO)같은 분자를 고려해보자. 이 분자의 루이스 구조는 삼중 결합을 하고 있다.

[Figure 3. 일산화탄소의 루이스 구조]

이 분자에서 각 원자를 팔전자로 만드는데 열개의 원자가전자가 사용된다. 만일 여섯 개의 결합전자들이 동등하게 공유된다면, 탄소 원자는 다섯 개의 원자가 전자를 소유한 것이 되고, 산소원자는 다섯 개의 원자가 전자를 소유한 것이 된다. 결합에서 전자들을 동등하게 공유한다면, 탄소원자는 형식적으로 전자 하나를 더 얻은 셈이며, 산소원자는 형식적으로 전자 하나를 더 잃은 셈이다. 이러한 상황은 각 원자에 형식전하(formal charge)를 부여하여 나타낼 수 있다. 형식전하는 루이스 구조에서 전자들을 공유하는 원자 사이에서 전자들이 똑같이 나누어졌을 때 <후략>

 

3.    원자가 껍질 전자쌍 반발 모형(Valence shell electron pair repulsion [VSEPR] medel) [1]

VSEPR 이론은 원자의 원자가 껍질에 있는 전자쌍은 서로 반발한다는 기본적인 생각에서 시작한다. 여기에는 결합에는 참여하지 않고 원자에만 편재되어 있는 고립전자쌍과 다른 원자와 공유된 결합쌍이 모두 포함된다. 전자쌍은 그들 사이의 반발을 최소화하기 위해서 가능한 ... <중략>

<중략>여섯 전자쌍은 정팔면체를 이룬다. 어떤 기하학적 구조를 이루는지 알기 위해서 중심원자의 입체 수 SN(steric number)를 정의한다.

SN=(중심원자에 결합되어 있는 원자 수)+(중심원자의 고립 전자쌍 수)

[Table 1.  SN에 따른 분자의 기하 구조 예측] [3]

4. 분자의 기하구조 예측(Predicting molecular geometry) [2]

<생략>

 

Ⅳ. Materials

: Molymod® 무기/유기 분자 모형 세트

 

Ⅴ. Procedures

1.     정확한 루이스 구조를 그린다.

2.     VSEPR 모형을 이용하여 기하학적 구조를 예측한다.

3.     화합물에 대한 분자모형을 조립한다.

4.     분자모형을 토대로 그 물질들의 성질을 예측해본다.

 

Ⅵ. Results

분자식	중심원자의 결합전자쌍 수(개)	중심원자의 고립전자쌍 수(개)	분자의 기하학적 구조	예측 결합각( °)
BeCl2	생략	맨위에 있는 링크에서 확인
BF3
SnCl2
CH4
NH3
H2O
PCl5			생략
SF4
XeF2				맨위에 있는 링크에서 확인

 

<후략>

 

Ⅷ. Reference 

 

[1] Oxtoby, Principles of Modern Chemistry Sixth Edition, 2008

[2] GIST, 일반화학실험, 2019, 10_분자 모델링(Molecular modeling) 1

[3] WILLY, available from:https://sites.google.com/a/maricopa.edu/willy/home/chemistry/12712

 

 

< 문제풀이 >

 

1.     다음 표의 이온들의 구조를 예측하시오.

 

2.     비공유 전자쌍이 공유전자쌍보다 더 넓은 공간을 차지한다. 따라서 비공유-비공유 전자쌍의 상호작용은 비공유-공유 전자쌍의 상호작용보다 크고, 비공유-공유 전자쌍의 상호작용은 공유-공유 전자쌍의 상호작용보다 크다. 루이스 구조를 그리고, 앞서 설명한 내용을 토대로 다음 화합물의 일반적인 모형이 어떻게 변형될 것으로 예측되는지 설명하시오.

 

3. NH3, NO2-, NO3- 속의 모든 원자의 형식전하를 계산하시오.

 

 

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