알케인, 알켄, 알카인의 결합 특성과 분자 구조적 차이는 무엇인가요?
안녕하세요. 알케인, 알켄, 알카인의 결합 특성과 분자 구조적 차이는 무엇이며, 이 차이가 물리적인 성질에는 어떻게 영향을 줄 수 있나요?
안녕하세요. 네, 질문해 주신 알케인, 알켄, 알카인은 모두 탄화수소의 주요 계열이지만, 결합 특성과 분자 구조에서 차이가 있고, 그 결과 물리적 성질에도 차이가 나타나는데요 우선 알케인이란 탄소 원자 간에 σ(시그마) 단일 결합만 존재하는 탄화수소입니다. 이때 탄소는 sp³ 혼성을 하고, 네 개의 σ 결합을 형성하고 있으며 사면체형 구조를 이루고 있고, 결합각은 약 109.5°입니다. 회전이 자유로워 여러 입체 이성질체를 형성할 수 있다는 특성이 있습니다.
다음으로 알켄은 이중 결합을 가지는 불포화탄화수소인데요, 탄소 원자 간에 하나의 σ 결합 + 하나의 π 결합으로 이루어진 이중 결합이 있습니다. 이때 이중 결합에 관여하는 탄소는 sp² 혼성을 하고, 세 개의 σ 결합과 하나의 π 결합을 형성하며 평면 삼각형 구조를 이루고 결합각은 약 120°입니다. 이때 π 결합 때문에 이중 결합 부위는 회전이 불가능하여 시스-트랜스 입체이성질체가 존재합니다. 마지막으로 알카인은 삼중 결합을 가진 불포화탄화수소로 탄소 원자 간에 하나의 σ 결합 + 두 개의 π 결합으로 이루어진 삼중 결합이 있으며 삼중 결합에 관여하는 탄소는 sp 혼성을 하고, 두 개의 σ 결합과 두 개의 π 결합을 형성합니다. 직선형 구조를 이루고 있고 이때 결합각은 180°이며 결합이 강하고 짧아 분자가 직선형으로 뻗는다는 특징이 있습니다.
같은 탄소 수 기준으로는 알카인 ≥ 알켄 ≥ 알케인 순서로 약간씩 높아지는데요, 이는 알카인은 직선형 구조로 분자 간 상호작용인 분산력이 커지고, 알켄도 π 전자가 있어 분자 간 힘이 알케인보다 약간 크기 때문입니다. 또한 세 계열 모두 비극성 분자이지만, π 전자를 가지는 알켄과 알카인은 알케인보다 분극성이 커서 다른 극성 분자와의 상호작용 가능성이 조금 더 있습니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정철 박사입니다.
순서대로 삼중 이중 단일결합을 뜻합니다
순서대로 결합력이 약해지며 결합길이도 더 길어집니다~~