전자쌍이 홀수인 분자는 루이스 구조로 완전히 설명하기 어려운데, 이 경우 결합을 어떻게 이해할 수 있나요?
안녕하세요. NO와 같이 전자쌍이 홀수인 분자는 루이스 구조로 완전히 설명하기 어려운데요, 이 경우 결합을 어떻게 이해할 수 있을지 궁금합니다.
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 전자 수가 짝수가 아닌 홀수개의 전자를 가진 화학종인 라디칼은 전자쌍을 모두 채워 그려내는 일반적인 루이스 구조만으로는 안정적인 전자 배치를 설명하기 어려운데요, 대표적인 예로 일산화질소(NO)가 있는데, 이 분자는 총 11개의 원자가 전자를 가지므로 전자쌍만으로는 모든 전자를 채울 수 없습니다.
이러한 경우에는 루이스 구조의 확장 개념을 사용하는 방식으로 이해해볼 수 있는데요, 우선 NO의 경우 질소와 산소 사이에 이중 결합을 배치한 뒤, 남는 홀전자 하나를 질소 원자에 두어 설명할 수 있습니다. 이는 완벽하게 안정적인 구조는 아니지만, 최소한의 전자 배치를 통해 분자의 성질을 나타낼 수 있으며 이런 방식은 흔히 자유 라디칼 상태로 표시되며, 반응성이 큰 이유도 이 홀전자가 다른 원자나 분자와 쉽게 상호작용하기 때문입니다. 또한 보다 정밀하게는 분자 궤도함수 이론을 통한 이해가 필요한데요, 루이스 구조는 전자쌍을 국소화된 형태로 생각하는데 반해, MO 이론은 전자를 분자 전체에 걸쳐 비국소화된 상태로 설명합니다. 이때 NO의 경우 결합 차수는 2.5로 계산되는데, 이는 단순한 이중 결합이나 삼중결합으로 표현되지 않는 중간 성질을 가짐을 보여주며 다시 말해, 홀전자가 결합 궤도와 반결합 궤도의 에너지 상태에 영향을 주어 결합이 부분적으로 강화된 형태로 존재한다고 이해할 수 있겠습니다. 감사합니다.