분자간 힘 - 수소 결합, London forces ★

분자간 힘은 화학 결합과 다르게 물리적 성질을 가지고 있다. 

종류는 크게 5가지로 나뉘고 분자간의 힘의 순서도 나열한 그대로이다. 

• 이온 - 쌍극자: 이온과 극성 분자간의 힘 
• 수소 결합
• 쌍극자 - 쌍극자: 극성 분자간의 힘 
• 이온 - 유발 쌍극자 
• 쌍극자 - 유발 쌍극자 
• 분산력/ London Dispersion Forces/ London 힘/ 유발 쌍극자 - 유발 쌍극자 
  • 특히나 헷갈리기 쉬운데 문제에 어떤 워딩으로 나오던간에 다 같은 뜻이다. 

1. 수소 결합 

 

• N, O, F에 결합 된 소소와 N, O, F이 가지고 있는 비공유 전자쌍 사이의 힘을 말한다. 
• N - H < O - H < F- H 분자간 수소결합 세기의 순서는 이러하다 
• *예외) 물같은 경우 HF 보다 분자가 수소결합이 세도 끓는점이 높은데 그 이유는 수소 결합의 개수 차이다. 
  • HF 는 비공유 전자쌍 3개 H한개로 이론적으로 최대 4개의 수소결합이 가능하지만... 사실상 가능한 결합은 1개임 
  • 하지만 H₂O 같은 경우에도 이론상 가능한 수소결합은 4개이지만 실제 두개의 수소 결합을 진행한다.
    • 즉 비록 H -- F 의 결합이 H -- O 보다 강하더라도 두개의 H -- O 는 하나의 H--F 보다 강하기 때문에 물의 끓는 점이 높은 것이다. 

 

2. 분산력 (비극성 분자들간의 상호 작용) 

 

• 가장 중요한 개념은 "분산력은 모든 분자에 존재한다" 이다.  
  • 예시로 H₂O 는 총 3가지의 분자간 힘을 가지고 있는데. 굽은형으로 분자 자체가 극성이고 (쌍극자), O와 결합된 H로 인하여 수소결합이 가능하며 분산력 또한 가지고 있다. 
  • 분자는 다양한 분자간 힘을 보유 할수 있으며 가장 많이 기출됐던 끓는점 비교에 필수적인 개념이다. 
• 분산력은 원자 또는 분자, 즉 물질 내 전자들이 한쪽으로 쏠렸을 때 발생하는데 전자의 개수가 많을 수록 분산력 또한 크다. 
  
  • 전자의 갯수는 분자량과 비례하니 분자량이 클수록 분산력 또한 크다! 
    • 특히나 같은 족의 원소의 분산력을 비교 할때 유리하다. ex) HCl < HBr < HI 
• 접촉 면적 또한 분산력에 영향을 끼치는 요인들중 하나인데. 표면적이 넓을 수록 분산력이 크다. 이말이 무슨 뜻이냐면 
  • Pentane: C₅H₁₂ 의 구조이성질체를 쉽게 예시로 설명하자면 
  • 왼쪽 n-pentane 같은 경우 가장 표면적이 넓어서 그 모든 부위로 분산력이 작용 할수 있지만 반대로 맨 오른쪽의 neopentane 같은 경우에는 상대적으로 표면적이 좁아 분산력이 n-pentane만큼 효과적으로 작용할수 없다, 즉 분산력이 셋중 가장 약하다. 
   

왼쪽 부터 n-pentane > isopentane > neopentane

 

다음 포스트에서는 이 개념을 이용하여 끓는 점을 비교해보겠다.