일산화탄소(carbon monoxide, CO)의 작은 쌍극자 모멘트(dipole moment)

일산화탄소(carbon monoxide, CO)의 작은 쌍극자 모멘트(dipole moment)

Why does CO have such a small dipole moment?

 

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일산화탄소 분자는 탄소-산소 삼중 결합을 갖고 있습니다.

 

산소의 전기음성도가 탄소보다 크기 때문에,

일산화탄소 분자는 산소에 부분 음전하(δ–),

탄소에 부분 양전하(δ+)가 존재하는 극성 분자입니다.

( 참고: 전기음성도 https://ywpop.tistory.com/2567 )

 

그러나 일산화탄소 내 전자들이

대부분 탄소-산소 삼중 결합 사이에서 발견되기 때문에,

즉 대다수 전자들이 결합 전자들로 존재하기 때문에,

산소에 부분 음전하를 발생시킬 수 있는

(비결합) 전자들이 거의 없습니다.

 

이 때문에 일산화탄소의 쌍극자 모멘트는

작은 값을 가집니다.

( 참고: 쌍극자 모멘트 https://ywpop.tistory.com/2581 )

 

 

 

[추가 설명 – 하나]

결합 전자 분포가 전기음성도 차이보다 더 중요한 결과를 가져와서

일산화탄소의 쌍극자 모멘트는 작은 값을 가집니다.

 

 

 

[추가 설명 - 둘]

일산화탄소는 결합 이론 분야에서는 일종의 ‘악동’입니다.

대부분의 분자들은 분자 오비탈 이론(molecular orbital theory, MOT)

혹은 원자가 결합 이론(valence bond theory, VBT)으로

쉽게 설명할 수 있는데, 일산화탄소는 이들 분자에 포함되지 않습니다.

( 참고: MOT https://ywpop.tistory.com/6048 )

( 참고: VBT https://ywpop.tistory.com/2638 )

 

원자가 결합 이론이 잘 들어맞는 분자는 형식 전하도 잘 들어맞습니다.

( 참고: 형식 전하 https://ywpop.tistory.com/2544 )

 

일산화탄소의 형식 전하를 계산해보면,

탄소는 –1(음전하), 산소는 +1(양전하)의 형식 전하를 가집니다.

전기음성도가 더 큰 산소에 +1 양전하가 웬 말입니까?

 

이 때문에 일산화탄소는

다음과 같은 공명 구조를 가질 수 있습니다(있다고 합니다).

( 참고: 공명 구조 https://ywpop.tistory.com/2635 )

 

 

 

이러한 공명 구조로 인해 전체 전하가 분산(감소)되기 때문에,

일산화탄소의 쌍극자 모멘트 값이 작다고 설명하기도 합니다.

 

그러나 2번째, 3번째 구조는

탄소 원자가 옥텟(octet) 규칙에 위배되기 때문에,

( 참고: 옥텟 규칙 https://ywpop.tistory.com/2634 )

 

공명 구조에서 2번째, 3번째 구조의 기여도는 매우 낮습니다.

( 이 때문에 CO는 공명구조를 가진다고 할 수 없습니다.

공명구조의 정신(?)은 동등, 평등이기 때문입니다. )

 

탄소-산소 결합 에너지와 결합 길이의 실험값은,

탄소-산소 사이의 결합은 첫 번째 구조인 삼중 결합임을 증명합니다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5228 ] CO 루이스 구조 그리기

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/9725 ] (특이하거나 분명한 해답이 없어서) 흥미로운 CO의 정전기 퍼텐셜

 

 

 

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