Re: 극성과 수소결합 (물분자가 직선형이 된다면?)

[안현정]

Q. 물이 직선형이 된다면 어떤 변화가 생기게 될까요?

A .

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1. 극성

화학결합에서 서로 다른 원자들이 전자를 공유할 때 전기음성도의 차이 때문에 동일하게 분포하지 않으며,

이것으로 인하여 전자가 불균일하게 분포하는 결합은 극성을 나타내게 됩니다.

화학결합에서 원자가 전자를 끌어당기는 경향을 전기음성도(electronegativity)라고 합니다. 

 F (4.0), O (3.5), N (3.0) 는 모두 높은 전기음성도를 가지며, H(2.1)는 상대적으로 작은 전기음성도를 가지고 있습니다.

 물 분자의 O-H 결합에서 산소와 수소의 전기음성도를 비교하면 산소가 전기음성도가 더 크므로 전자를 더 많이 끌어당기게 됩니다.

산소와 수소 사이의 전기음성도 차이로 인하여 부분적으로 양과 음의 전하를 띠게 하므로 O-H 결합은 극성결합이라고 할 수 있습니다.

쉽게 말해 극성은 비공유 전자쌍의 반발력에 의해 대칭의 구조를 갖지 못해 생기는 것이라고 생각하시면 되겠습니다.

( 화2에서는 쌍극자모멘트의 합으로 배우시게 됩니다.) 
즉,  물분자의 구조가 위와 같은 굽은형인 이유도 그 때문입니다.

2. 수소결합

 수소결합은 극성을 띠는 수소화합물에서 한 분자의 수소원자와 다른분자의 비공유 전자쌍 사이에 작용하는 인력에 의한

약한 분자간 화학결합을 수소결합이라고 합니다. (물론 분자간 결합중에서는 센힘이라고 할 수 있습니다.)

[조금더 덧붙이지면, 수소결합은 F,O,N과 같이 전기음성도가 큰 원자가 공유결합을 하고 있는 수소원자와, 다른 분자 중의 전기음성도가 큰 F,O,N 등과 같은 원자에 있는 비공유 전자쌍 사이에 작용하는 인력입니다. 수소결합을 결정하는 요소로는 수소와 공유결합한 원소의 전기음성도, 수소와 수소결합을 형성하는 원자가 비공유 전자쌍을 수소에 얼마나 잘 제공할 수 있는지,  분자들 간의 수소결합 가지수가 얼마나 많은 가에 의해 결정됩니다]

예컨데 물분자의 경우 일반적인 학설에 의하면, 물분자 하나는 또다른  물분자 4개와 수소결합을 한다고 알려져 있습니다.

3. 극성과 수소결합

즉, 수소결합이 일어난다는 것은 그 분자가 극성이여야 하며,  무극성 분자가 되면 수소결합 역시도 사라지게 되는 것입니다.
한편 극성이라고 해서 모두 수소결합을 하는 것은 아닙니다. 수소원자가 포함되지 않은 극성물질이 수소결합을 하지는 않을테니까요.

■ 극성으로 인해 물이 가지는 특성에는,

극성분자를 잘 녹이며, 이온결합물질을 잘 용해 시킵니다.

또한 전기장에서의 배향이 규칙적이며, 대전체에 의해 끌려가는 성질을 같고 있습니다.

■ 수소결합으로 인해 물이 가지는 특성에는,

녹는점, 끓는점 및 비열이 크고, 표면장력이 크며, 얼때 부피가 증가하는 성질을 가지고 있습니다.

물의 특성	현상	자연 현상이나 생활에 미치는 영향
용해성이 큼	여러 물질을 잘 녹임	세탁할 때 물 사용  물에 산소가 녹아 생물 생존  많은 물질이 수용액 상태로 존재  영양분의 섭취 및 노폐물 배출
비열이 큼	바다의 온도변화가 적음	해안지방의 해륙풍  계절풍
증발열이 큼	증발할 때 많은 열 흡수	더울 때 물을 뿌림
표면장력이 큼	표면적 가능한 작게 유지	잎사귀에 이슬방울  소금쟁이의 운동
얼면 부피커짐	얼음이 물위에 뜸	얼음이 뜨므로 수중생태계 유지

 물이 직선형이 된다면,
→ 극성이 사라지고(무극성이되고), 수소결합도 사라지게 되는 것입니다.

따라서 위와 같은 특성들이 모두 나타나지 않을 것입니다.