CO 분자에서 전자 분포는 어떻게 나타나나요?
안녕하세요. 탄소와 산소가 3중 결합을 이루고 있는 CO분자에서는 옥택규칙을 만족하기 위해서 루이스 구조를 그렸을 때 탄소에 마이너스의 형식 전하가 부여되고 산소의 플러스의 형식 전하가 부여되는데요, 이때 전기 음성도는 산소가 더 큰데 실제 전자 분포는 어떻게 나타나는지 궁금합니다.
안녕하세요.
질문해주신 일산화탄소(CO) 분자는 겉으로 볼 때에는 단순한 삼중결합 분자이지만, 실제 전자 분포를 살펴보면 독특한 성질을 가지고 있는데요, CO 분자는 총 10개의 원자가 전자를 가지며, 이를 옥텟 규칙에 맞추어 루이스 구조로 나타내면 일반적으로 탄소와 산소가 삼중결합을 이루는 형태, 즉 :C≡O:로 표현됩니다.
그러나 이 구조를 전자 수로 분석해보면 탄소가 형식적으로 음전하를 띠고(-1), 산소가 양전하를 띠는(+1) 형태가 되어, 전기음성도가 산소가 더 큰 실제 상황과는 맞지 않는 모순된 결과가 나타납니다.
이러한 이유로 실제 전자 분포를 분자 궤도론으로 분석하면 다른 그림이 보입니다. 분자 궤도 계산 결과, 결합성 궤도에서는 전자가 비교적 균등하게 분포하지만 비공유전자쌍은 탄소 원자 쪽에 더 많이 존재함이 확인됩니다. 따라서 실제로는 탄소 쪽이 전자 밀도가 더 높고, 전자를 내어주기 쉬운 부분으로 작용합니다. 이 때문에 금속 착물에서 CO가 결합할 때에는 산소가 아니라 탄소 쪽이 금속에 결합하는 리간드로 작용합니다. 즉, 루이스 구조상으로는 탄소가 음전하, 산소가 양전하를 띠지만 실제 전자 밀도 분포는 그 반대이며, 이로 인해 분자의 극성 방향 또한 전기음성도만으로 예측한 것과 다르게 나타납니다. 실제로 CO는 약한 쌍극자 모멘트를 가지며, 그 방향은 탄소가 약간 음전하(δ–), 산소가 약간 양전하(δ+)를 띠는 형태입니다. 이는 전기음성도 차이보다는 σ와 π 결합 궤도의 상호작용, 그리고 분자 궤도의 에너지 차이에 의해 결정되는 결과라고 보시면 되고 결국 CO 분자는 루이스 구조로는 옥텟 규칙을 만족하기 위해 산소가 양전하를 띠는 형태로 나타나지만, 실제 전자 구름 분포를 보면 탄소 쪽이 더 전자 풍부한 말단으로 작용하는 특이한 분자입니다. 감사합니다.