쌍극자(dipole), 쌍극자모멘트(dipole moment), 분자의 극성
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▶ 모든 극성 분자는 쌍극자를 갖는다.
▶ 그렇지만 역은 성립하지 않는다. 즉,
쌍극자를 갖는 모든 분자가 극성 분자가 되는 것은 아니다.
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[1] 영구 쌍극자(permanent dipole)
염산(HCl)과 같은 공유결합에서
두 원자의 전기음성도 차이로 인해,
( 참고: 전기음성도 https://ywpop.tistory.com/2567 )
전자의 공유 형태는 비대칭(불공평)이기 때문에,
분자의 양 끝에 부분전하가 형성된다.
이때, 분자의 양 끝에 분리되어 있는
“크기가 같고 부호가 반대인 두 부분전하(δ+, δ–)”를
쌍극자, 또는 영구쌍극자라 한다.
---> 화학에서 “쌍극자의 정의”.
이런 쌍극자를 가진 공유결합을 극성 공유결합이라 한다.
즉, H–Cl의 결합은 극성 공유결합.
( 전기음성도의 크기: H < Cl )
[2] 쌍극자 모멘트(dipole moment), μ(mu)
▶ 쌍극자의 크기(Q)와 두 부분전하 사이의 거리(r)를 곱한 값
μ = Q × r
> 쌍극자모멘트의 단위는 디바이(D)
> 전하의 크기가 클수록, 두 전하 사이의 거리가 멀수록,
쌍극자모멘트의 값은 증가한다.
▶ HCl과 같은 이원자분자의 경우,
전하의 크기는 두 원자의 전기음성도 차이를,
두 전하 사이의 거리는 두 원자간 결합길이를 사용하여,
분자의 상대적인 쌍극자모멘트 크기를 비교할 수 있다.
> 분자의 실제 쌍극자모멘트 값은
전기적 또는 분광학적 실험을 통해 측정하여 구한다.
[도표 1] 할로젠화 수소의 쌍극자 모멘트
▶ 쌍극자모멘트는 크기와 방향을 가지는 ‘벡터량’이며,
쌍극자모멘트의 방향은 +전하에서 –전하 쪽으로 향한다.
[도표 2] 몇 가지 화합물의 쌍극자 모멘트
*기체 상태에서 측정.
[3] 분자의 쌍극자모멘트와 분자의 극성
▶ 전기 쌍극자모멘트 개념을 사용하여
화학결합의 극성 정도를 나타내는 척도를
결합 쌍극자모멘트(bond dipole moment) 또는 쌍극자모멘트라 한다.
▶ 분자의 쌍극자모멘트는
분자 내 모든 결합 쌍극자모멘트의 벡터 합에 의해 결정된다.
> 극성 공유결합을 가진 분자라도 무극성 분자가 될 수 있다.
즉, 분자의 쌍극자모멘트 값이 0(zero)이 될 수 있다.
▶ C=O 극성 공유결합을 가진 이산화탄소는
분자의 기하 구조가 직선형이고,
중심 원자인 탄소를 중심으로 좌우 대칭이기 때문에,
C=O의 쌍극자모멘트가 서로 상쇄되어,
이산화탄소의 쌍극자모멘트 값은 0(zero)이 된다.
▶ 따라서 어떤 분자가 극성인지, 무극성인지를 판단할 때는
분자의 기하 구조를 보고 판단해야 한다.
[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/11234 ] BCl3의 기하구조. 삼각평면
▶ 가을운동회 줄다리기 시합에서,
양쪽편의 힘이 같다면, 줄은 움직이지 않는다.
▶ 분자의 쌍극자모멘트는 분자의 극성 정도를 나타내는 척도로 사용된다.
즉, 어느 분자가 더 극성 분자인가?는
분자의 쌍극자모멘트 값을 비교해보면 알 수 있다.
▶ 위 [도표 1]을 보면, HCl 분자가 HBr 분자보다 더 극성 분자임을 알 수 있다.
[그림] 벡터 합. vector addition.
[4] 영구쌍극자-영구쌍극자 힘
▶ 쌍극자모멘트를 갖는 극성 분자들 사이에 작용하는 힘
▶ 쌍극자모멘트의 크기에 비례
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[정전기적 인력. electrostatic attraction]
▶ (+)전하를 띤 입자와 (–)전하를 띤 입자 사이에 작용하는 인력
▶ 반대 하전을 띤 입자들 간의 인력
▶ Electrostatic attraction is the phenomenon
where a negatively charged atom or molecule is attracted to
a positively charged atom or molecule.
[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/19828 ] 분자의 쌍극자 모멘트와 결합의 쌍극자 모멘트의 차이점
[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/21411 ] 극성 분자와 무극성 분자의 구별
[키워드] 극성 무극성 기준문서, 극성 비극성 기준문서, 쌍극자 기준문서, 쌍극자의 정의 기준문서, 쌍극자 모멘트 기준문서, 쌍극자 사전, 쌍극자의 정의 사전, 쌍극자 모멘트 사전
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