원자가 본드 이론

핵심 개념

이 기사에서는 Quantum Mechanics의 중요한 구성 요소 인 밸런스 본드 이론, 혼성화 및 본드 순서를 이해하는 응용에 대해 배울 것입니다.

다른 기사에서 다루는 주제

양자 수와 궤도 형태
Pauli 배제 원칙
aufbau 원칙
헌드의 규칙
시그마와 PI 본드

원자가 본드 이론의 기초

원자가 결합 이론은 분자 궤도 이론과 함께 원자들 사이의 결합 형성을 설명하는 데 도움이되는 2 가지 기본 결합 이론 중 1 개입니다. 원자가 결합 이론은 원자 사이의 공유 결합의 특성을 설명하는 데 특히 유용합니다.

원자가 결합 이론의 본질은 공유 결합을 원자 궤도의 겹침으로 표시하는 데 있습니다. 이것은 결합이 공유 입자로 취급되지 않고 전자 구름으로 취급된다는 점에서 Lewis 구조 이론과 다릅니다.

우리는 주로 하이브리드 화 된 s, p 및 d 궤도의 겹치는 데 중점을 둘 것입니다.

원자가 결합 이론에서의 궤도 겹침

기본적으로 화학적 결합은 서로의 원자가 전자에 끌리는 두 원자의 핵을 포함합니다. 두 핵이 서로 접근함에 따라이 매력적인 힘이 증가합니다. 그러나, 두 원자는 또한 핵과 전자의 같은 전하로 인해 더 짧은 거리에서 서로를 격퇴한다. 궁극적으로, 반발력이 상호 작용을 지배하기 전에 원자가 서로 가장 끌리는 거리가 있습니다. 두 원자가이 완벽한 매력적인 거리에 도달하면 화학적으로 결합 된 것으로 간주됩니다.

원자가 결합 이론 하에서, 이와 같은 상호 작용은 반으로 가득 찬 화학 궤도에서만 발생하며, 각 원자는 하나의 전자를 제공합니다. 화학적 결합이 형성 될 때, 쌍의 결합 형성 전자는 두 원자의 궤도를 채우고 전자 쌍을 "공유"합니다. 공간적으로, 이것은 두 원자의 궤도 사이의 중첩을 차지하는 결합 형성 원자가 전자를 포함한다.

중요하게도,이 전자는 공유되지만 여전히 이전과 동일한 원자 궤도를 차지하는 것으로 간주됩니다. 예를 들어, 2 개의 수소 원자가 시그마 결합을 형성하는 경우, 결합에 관여하는 2 개의 전자는 여전히 s 을 차지합니다. 수소의 궤도. 이것은 새로 형성된 분자 궤도를 차지하는 전자를 포함하는 분자 결합 이론과 대조됩니다.

원자가 결합 이론의 본드 순서

또한,이 반 결합 궤도는 채권이 형성 될지 또는 파괴 될지 여부를 결정할 수 있습니다. 채권 주문 공식으로 알려진 도구를 사용하면 얼마나 많은 채권이 형성 될지 예측할 수 있습니다.

bond Order =[본딩 궤도의 전자 합계-반 결합 궤도의 전자 합계]

예를 들어, 네온은 스스로 유대를 맺을 수 없습니다. 그 분자 궤도가 채워지기 때문에, 2 개의 네온 원자 사이의 중간 결합은 4 개의 전자를 가질 것이다. 그리고 시그마 본드 궤도는 2 개의 전자로 채워질 것이기 때문에 나머지 2 개의 전자는 시그마 안티 결합 궤도로 들어가서 결합이 형성되는 것을 막을 것입니다.

원자가 결합 이론에서의 혼성화

용도 결합 이론은 황 육각형과 같은 분자의 존재를 어떻게 설명합니까? 중앙 원자 (황)는 6 번 결합되어야하지만 2 개의 고독한 원자가 전자를 갖는다). 논의하기 위해, 우리는 혼성화 주제에 대해 논의해야합니다.

하이브리드 화는 2 개 이상의 원자 궤도를 결합하여 추가 전자 그룹 (전자 및 결합의 고독한 쌍)을 유지하기 위해 완전히 새로운 궤도를 형성하는 과정입니다. 또한, 하이브리드 궤도는 더 많은 S 특성을 가진 하이브리드 궤도 (P 및 D 하이브리드 화)를 가진 하이브리드 궤도로서 상대 에너지 레벨의 유용한 지표로서 작용한다. 이는 결합 궤도가 더 나은 전자 수용체임을 의미한다.

왜 혼성화가 에너지 적으로 유리한가

전자가없는 전체 궤도에서 궤도로 전자를 도입함으로써 궤도 수는 보존된다는 점에 유의해야합니다. 새로 생성 된 궤도는 집단적으로 더 낮은 에너지 수준에서 추가 전자 그룹을 허용하기 때문에 형성 될 수 있습니다.

황 6 헥사 플루오 라이드를 다시 언급하면 중심 황은 궤도를 혼성화하여 SP3D2 하이브리드 궤도를 생성합니다. 이는 각각의 각각의 불소와 6 개의 결합을 수용하는 데 필요한 궤도의 수를 충족시킵니다. 하이브리드 화에 사용되지 않은 채워진 궤도는 더 높은 에너지 수준에서 계속 존재합니다.

원자가 결합 이론의 하이브리드 화 및 공명

하이브리드 궤도는 분자를 공명 구조로 처리 할 때 일정하게 유지되어야합니다. 따라서, 우리는 먼저 혼성화를 결정하기 전에 분자의 가능한 모든 공명 구조를 고려합니다. 분자 내의 특정 원자가 1 공명 구조에서 이중 결합을 형성하지만 다른 공명 구조에서 고독한 쌍을 보유하는 경우, 그 혼성화는 더 높은 특성을 가진 것입니다. 원자가 1 공명 구조의 SP3처럼 보이지만 다른 공명 구조에서 SP2처럼 보이더라도 분자는 두 공명 구조에서 SP2 여야합니다

원자가 결합 이론에서 시그마 및 pi 결합

하이브리드 화는 원자가 고독한 원자가 전자의 수를 넘어서 결합을 형성하는 방법을 설명 할 수 있지만, 이중 및 트리플 결합이 어떻게 형성되는지 설명합니다.

먼저, 두 가지 유형의 채권을 설명해야합니다 :Sigma and Pi. 시그마 본드는 각 원자의 가장 높은 궤도가 서로 겹치면 형성됩니다. 따라서 건설적인 상호 작용은 두 핵 사이에 더 높은 전자 밀도 공유를 갖는 두 원자 사이에 시그마 결합의 형성을 초래할 것이다.

두 개의 추가 유대가 형성되어 있습니다. 이는 각각의 각 원자의 unhbridized (채워진) P 궤도가 확립 된 시그마 결합 외부의 두 원자 사이에 더 높은 전자 밀도를 형성 할 때 발생한다. 다시 한 번,이 결합은 또한 반 결합 궤도를 만들어 낼 것임을 주목하는 것이 중요합니다. 이 궤도가 채워지면, 2 개의 반응 사이의 결합이 깨진다. 따라서 결론적으로, 원자들 사이의 단일 결합은 시그마 결합을 갖는 반면, 두 원자 사이의 추가 결합은 PI 결합이다; 이중 채권은 1 개의 시그마와 1 개의 PI 결합을 가지며 트리플 본드에는 1 개의 시그마 및 2 개의 PI 결합이 있습니다. 규정 성 질소와 같은 분자를 참조하면, N2의 형성은 트리플 결합을 만족시키기 위해 2 개의 질소 원자 사이에 1 개의 시그마와 2 개의 PI 결합이 필요할 것이다.

4 차 본드?

p 궤도의 겹침은 pi 결합을 형성하는 것입니다. 모든 원자의 3 개의 p 궤도가 있기 때문에 이것은 자연스럽게 질문을 제기 할 것입니다. 왜 분자가 1 시그마 본드와 3 개의 pi 결합을 형성 할 수 없는가?

pi 결합은 초기 시그마 결합에 직교 (수직) 인 p 궤도를 겹쳐서 형성합니다. 그러나, 3 개의 p 궤도 중 2 개만이 시그마 본드에 수직 일 수있다. P 궤도의 세 번째는 주어진 시그마 결합과 평행합니다. 따라서 원자는 4 중 본드를 형성하기 위해 d 궤도를 호출해야합니다.