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분자의 모양

중심 원자 주위의 전자쌍들은 서로 밀어내서 가능한 한 멀리 떨어지려고 해요(전자쌍 반발 이론). 그 결과 분자는 직선형, 평면 삼각형, 사면체처럼 정해진 모양을 갖게 돼요. 분자를 돌려 보며 결합각과 극성을 확인하고, 전자쌍이 스스로 자리를 잡는 과정도 지켜보세요.

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비공유 전자쌍쌍극자 모멘트결합각
이하은T 과학 실험실

끌어서 돌리고 휠로 확대할 수 있어요 · 공 = 원자, 막대 = 공유 결합(겹선 = 2중·3중 결합), 보라색 = 중심 원자의 비공유 전자쌍이에요

루이스 구조

원소 기호 둘레의 점 2개가 전자쌍 하나예요

비공유 전자쌍 수에 따른 결합각

중심 원자 주위 전자쌍이 4개로 같아도, 비공유 전자쌍이 많을수록 결합각이 작아져요

한눈에 보기

분자중심 원자 주위 전자쌍공유 · 비공유전자쌍 배치분자 모양결합각극성
전자쌍 반발 이론

전자쌍은 멀리 떨어지려 해요

  • 중심 원자 주위의 전자쌍은 모두 음전하라 서로 밀어내요
  • 반발이 가장 작아지도록 2개는 직선, 3개는 평면 삼각형, 4개는 사면체로 배치돼요
  • 2중 결합, 3중 결합은 전자쌍 하나처럼 취급해요
반발력의 크기

비공유 전자쌍이 더 세게 밀어요

  • 비공유 전자쌍 사이 > 비공유-공유 전자쌍 사이 > 공유 전자쌍 사이
  • 비공유 전자쌍은 한 원자핵에만 끌려 더 넓게 퍼져 있어요
  • 그래서 결합각이 CH₄ 109.5° > NH₃ 107° > H₂O 104.5°로 작아져요
분자 모양

원자만 보고 이름 붙여요

  • 전자쌍 배치는 비공유 전자쌍까지 포함한 모양이에요
  • 분자 모양은 원자의 위치만 보고 정해요
  • NH₃: 전자쌍 배치는 사면체, 분자 모양은 삼각뿔형
극성

쌍극자 모멘트의 합

  • 전기 음성도가 다른 원자 사이 결합에는 쌍극자 모멘트가 생겨요
  • 분자 모양이 대칭이면 서로 상쇄되어 무극성(CO₂, BF₃, CH₄)
  • 상쇄되지 않으면 극성 분자(H₂O, NH₃, HCN)

생각해 보기

  1. CO₂와 H₂O는 모두 중심 원자에 원자 2개가 결합해 있어요. 그런데 왜 CO₂는 직선형이고 H₂O는 굽은 형일까요?
  2. ‘전자쌍 반발 실험’에서 비공유 전자쌍을 0개 → 1개 → 2개로 늘려 보세요. 결합각은 어떻게 변하나요? ‘같은 힘으로 밀기’를 켜면 어떻게 되나요?
  3. CH₄, NH₃, H₂O의 전자쌍 배치와 분자 모양을 각각 비교해 보세요.
  4. CO₂는 C=O 결합에 쌍극자 모멘트가 있는데도 무극성 분자예요. 그 이유를 분자 모양으로 설명해 보세요.