배위 공유 결합이 생성될 때, 공여자 원자와 수용자 원자의 오비탈은 어떻게 상호작용하나요?
안녕하세요. 배위결합을 형성할 때에는 리간드가 온전히 비공유 전자쌍을 공유하고 중심 금속은 그 전자를 받는 역할을 한다고 하던데요, 배위 공유 결합이 생성될 때, 공여자 원자와 수용자 원자의 오비탈은 어떻게 상호작용하나요?
안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 배위 결합은 공유결합의 일종으로 일반적인 공유 결합과 본질적으로는 동일하게 오비탈의 겹침으로 이루어지지만, 전자쌍의 출처가 한쪽 원자인 리간드에 치우쳐 있다는 점이 특징인데요, 우선 배위 결합에서 전자의 공여자는 비공유 전자쌍을 가지고 있는 원자이며, 전자의 수여자는 전자를 받을 수 있는 빈 오비탈을 가지고 있는 원자나 이온입니다. 따라서, 결합 형성 과정은 공여자의 충만된 오비탈로부터 수용자의 비어 있는 오비탈 로 전자쌍이 이동하여 두 오비탈이 겹쳐짐으로 볼 수 있습니다.
이때 공여자의 오비탈은 보통 s 오비탈, p 오비탈, 혹은 혼성 오비탈(sp³ 등) 에 있는 비공유 전자쌍이 사용되는데요, 예를 들어서 NH₃의 질소는 sp³ 혼성 오비탈 중 하나에 비공유 전자쌍을 가지고 있으며, 이 오비탈이 결합에 사용됩니다.
다음으로 수여자의 원자 오비탈과 같은 경우에는 금속 이온의 경우, 일반적으로 빈 d 오비탈, 빈 p 오비탈, 혹은 빈 hybrid orbital 이 수용자로 작용하는데요, 예를 들어서 Al³⁺ 같은 경우 3p, 3d 오비탈이 비어 있어서 전자를 받아들일 수 있습니다. 이때 공여자 오비탈과 수용자 오비탈이 위상을 맞추어 겹치게 되면 새로운 분자 오비탈 형성되고, 전자쌍은 이제 두 원자 사이에 공유되며, 전자는 여전히 공여자가 제공했지만, 결합 자체는 일반 공유 결합과 구별되지 않게 되는 것입니다. 감사합니다.