2주기와 3주기 원소의 π 결합

2주기와 3주기 원소의 π 결합

탄소와 규소의 차이

 

 

탄소(C)는 에틸렌(에텐), 아세틸렌(에타인) 등

파이 결합을 포함한 다중 결합을 가진 화합물을 잘 만드는데 비해

규소(Si)는 왜 파이 결합을 가진 화합물을 잘 못 만드는가?

 

---------------------------------------------------

▶ 참고: 제22장 비금속 화학. 목차

[ https://ywpop.tistory.com/19820 ]

---------------------------------------------------

 

같은 4A족(14족) 원소들이지만,

C는 비금속, Si, Ge은 준금속, Sn, Pb는 금속이라는 점에 주목해야 됩니다.

 

즉, 주기가 증가할수록 금속 성질을 갖게 됩니다.

 

 

 

탄소는 완전 비금속 물질이기 때문에

공유성 화합물을 잘 만들 수 있지만,

 

규소는 준금속 물질이기 때문에

공유성 화합물을 잘 만들 수 없습니다.

( 금속 성질이 증가할수록, 이온성 화합물을 잘 만듭니다. )

 

 

 

[여기서 잠깐 반도체 관련 설명]

탄소는 비금속 물질이기 때문에

반도체가 될 수 없지만,

규소는 준금속 물질이기 때문에

반도체가 될 수 있다.

 

 

 

좀 더 고급스럽게(?) 설명하면,

일반적으로 공유 결합은 원자의 크기가 작아서

원자 오비탈끼리 잘 겹쳐질 수 있는 원자들 사이에서 잘 만들어집니다.

 

 

 

3주기 이상이 되면 원자의 큰 크기로 인해

아무래도 원자 오비탈끼리 겹쳐지는 부분이 감소하게 됩니다.

 

이 때문에 시그마 결합 정도의 겹침은 어느 정도 가능하나,

(시그마 결합보다 더 약한) 파이 결합의 겹침은 훨씬 더 많이 감소하기 때문에,

규소는 파이 결합을 가진 화합물을 잘 못 만드는 것입니다.

( 파이 결합을 형성하는데 참여하는

비혼성 오비탈의 모양과 기하 구조를 잘 생각해 보세요. )

 

 

 

 

[그림] C–C의 π-π overlap과 Si–Si의 π-π overlap.

p-오비탈의 크기 대비 겹침 면적을 비교하면,

C–C의 π-π 겹침이 훨씬 더 넓다.

이 때문에 C–C의 π-π 결합 세기도 더 강하다.

 

원자 반지름 크기가 증가하면,

⇨ 핵간 거리 [ 증가 | 감소 ]

⇨ 오비탈 겹침 [ 증가 | 감소 ]

⇨ π 결합 세기 [ 증가 | 감소 ]

 

 

 

※ 2주기 원소들은 π 결합을 잘 형성한다.

 

 

 

 

[2024년 1월 29일 추가내용]

ChatGPT의 답변 능력은

ChatGPT를 이용하는 사람의 능력에 비례한다.

최소한 ChatGPT가 올바른 답변을 했는지 쯤은

판단할 줄 아는 지식을 갖추고 있어야 한다.

 

 

[ChatGPT 3.5]

파이 결합을 형성하는 원자의 능력은 원자 구조와 오비탈의 특성에 영향을 받습니다. 탄소와 실리콘은 모두 주기율표의 14족에 속하며 전자 구성에서 일부 유사점을 공유합니다. 그러나 탄소가 실리콘에 비해 파이 결합을 갖는 화합물을 형성하는 데 더 효과적인 이유를 설명하는 주요 차이점이 있습니다.

 

▶ 원자 크기. Atomic Size: 실리콘은 탄소에 비해 원자 크기가 더 큽니다. 이는 주기율표의 같은 족에서 실리콘이 탄소 아래에 위치하기 때문입니다. 실리콘 원자의 크기가 클수록 오비탈의 중첩이 약해지며 다중 결합, 특히 파이 결합의 형성이 덜 유리해집니다.

 

▶ 결합 길이. Bond Lengths: 이중 또는 삼중 결합과 같은 다중 결합에서는 관련된 원자가 더 밀접하게 결합됩니다. 실리콘 원자의 크기가 클수록 결합 길이가 길어지고, 이는 파이 결합 중첩을 약화시켜 안정성을 떨어뜨릴 수 있습니다.

 

▶ 오비탈 중첩. Orbital Overlap: 파이 결합은 p 오비탈의 중첩을 포함합니다. 탄소에는 세 가지 사용 가능한 p 오비탈(px, py, pz)이 있으며 이러한 오비탈을 사용하여 잘 겹치는 다중 결합을 형성할 수 있습니다. 대조적으로, 실리콘은 더 큰 원자 크기로 인해 더 분산되고 더 큰 p 오비탈을 가지므로 효과적인 오비탈 겹침 가능성이 줄어듭니다.

 

 

 

 

[키워드] 탄소와 규소 기준, 탄소와 규소 사전, 탄소와 실리콘 기준, 탄소와 실리콘 사전, 파이-파이 겹침 기준, 파이-파이 겹침 사전, 규소 화합물 기준, 실리콘 화합물 기준, 14족 원소 기준, 4A족 원소 기준, 규소 화합물 사전, 실리콘 화합물 사전, 14족 원소 사전, 4A족 원소 사전, 규소 파이 결합 기준, 규소 파이 결합 사전, 실리콘 파이 결합 기준, 실리콘 결합 사전, 규소 이중결합 기준, 규소 삼중결합 기준, 규소 다중결합 기준, 실리콘 이중결합 기준, 실리콘 삼중결합 기준, 실리콘 다중결합 기준, 규소 이중결합 사전, 규소 삼중결합 사전, 규소 다중결합 사전, 실리콘 이중결합 사전, 실리콘 삼중결합 사전, 실리콘 다중결합 사전, 규소 파이결합 겹침 기준, 규소 파이결합 겹침 사전, 실리콘 파이결합 겹침 기준, 실리콘 파이결합 겹침 사전