결합의 극성과 부분 전하

핵심 정리

공유 결합에서는 두 원자가 전자쌍을 함께 사용한다. 그러나 결합한 원자의 전기 음성도가 서로 다르면 공유 전자쌍은 두 원자에 똑같이 분포하지 않고 전기 음성도가 더 큰 원자 쪽으로 치우친다. 전자쌍을 더 강하게 끌어당기는 원자에는 부분적인 음전하가 생기고, 상대적으로 전기 음성도가 작은 원자에는 부분적인 양전하가 생긴다. 전자는 한 원자에 완전히 옮겨 간 것이 아니므로 이 전하를 이온의 전하와 구별해 부분 전하로 나타낸다. 전기 음성도가 더 큰 원자는 공유 전자쌍을 끌어당겨 부분적인 음전하(δ⁻)를 띤다.

전기 음성도 차이가 있는 원자 사이의 공유 결합은 극성 공유 결합이다. 전기 음성도가 작은 쪽은 δ⁺, 큰 쪽은 δ⁻로 표시한다. 따라서 극성의 방향을 정할 때는 결합한 두 원자의 이름이나 크기가 아니라 전기 음성도를 비교한다. 서로 다른 원소 사이의 공유 결합은 전기 음성도 차이로 인해 극성 공유 결합이다. 같은 원소의 원자끼리 결합하면 전기 음성도가 같으므로 공유 전자쌍이 한쪽으로 치우치지 않고, 그 결합은 무극성 공유 결합이다.

결합의 극성은 전기 음성도 차이가 커질수록 커진다. 이에 따라 결합에서 나타나는 부분 전하의 크기도 커진다. 전기 음성도 차이가 커지면 결합의 극성이 커져 부분 전하의 크기도 커진다. 이때 δ⁺와 δ⁻는 각각 상대적으로 전자 밀도가 부족한 쪽과 풍부한 쪽을 나타내는 기호이며, 부분 전하의 부호와 원자의 전기 음성도 관계를 함께 읽어야 한다.

자세히

공유 결합의 극성을 판단하는 출발점은 결합의 두 원자에 공유 전자쌍이 어떻게 분포하는지 살피는 것이다. 공유 결합이라고 해서 전자쌍이 언제나 두 원자 사이의 정중앙에 놓이는 것은 아니다. 두 원자가 전자쌍을 끌어당기는 정도가 다르면 전자쌍은 한쪽으로 치우친다. 이 끌어당기는 정도를 비교하는 성질이 전기 음성도다. 결합의 극성은 전기 음성도의 상대적 크기를 바탕으로 판단하므로, 어느 원자가 더 전기 음성도가 큰지 먼저 확인하고 나서 전자쌍의 치우침과 부분 전하를 차례로 정하면 된다.

판단 과정은 다음과 같이 정리할 수 있다. 먼저 결합을 이루는 두 원소를 확인한다. 다음으로 두 원자의 전기 음성도를 비교한다. 전기 음성도가 큰 원자는 공유 전자쌍을 자기 쪽으로 끌어당기므로 그 원자 쪽에 δ⁻를 붙이고, 상대 원자 쪽에는 δ⁺를 붙인다. 마지막으로 전기 음성도 차이가 클수록 결합의 극성과 부분 전하의 크기가 커진다는 관계를 적용한다. 부호를 먼저 외운 뒤 원소에 기계적으로 붙이는 방식보다, 전자쌍이 어느 쪽으로 치우치는지 살피면 부호 실수를 줄일 수 있다.

δ⁺와 δ⁻는 원자가 완전한 양이온이나 음이온이 되었다는 뜻이 아니다. 두 기호는 공유 결합에서 전자쌍이 한쪽으로 치우쳐 생기는 부분적인 전하를 표시한다. 따라서 공유 전자쌍을 함께 사용하는 결합이라는 점과 전하가 불균등하게 분포한다는 점은 동시에 성립한다. 극성 공유 결합은 전자를 완전히 주고받은 결합과 구별해야 하며, 부분 전하의 부호만 보고 이온 결합으로 판단해서는 안 된다.

전기 음성도 차이가 있는 두 원자가 결합할 때 전기 음성도가 작은 원자는 δ⁺를 띤다. 전기 음성도가 작은 원자와 결합한 원자는 부분 양전하(δ+)를 띤다. 두 문장은 같은 방향의 원리를 표현한다. 전기 음성도가 작은 쪽은 전자쌍을 상대적으로 덜 끌어당겨 전자 밀도가 부족해지므로 δ⁺로 표시한다. 반대로 전기 음성도가 큰 쪽은 전자쌍을 더 끌어당겨 δ⁻가 된다. 부호를 원자의 크기나 결합에서의 왼쪽·오른쪽 위치로 정하지 않는 것이 중요하다.

이 비교에서 ‘같은 원소’와 ‘서로 다른 원소’는 결합을 구분하는 단서로 쓰인다. 같은 원소 원자끼리는 전기 음성도가 같아 전자쌍을 어느 한쪽으로 더 끌어당기는 차이가 없다. 서로 다른 원소 사이의 공유 결합에서는 전기 음성도 차이가 있으므로 결합의 전자쌍이 한쪽으로 치우치고 극성이 생긴다. 다만 어떤 원소가 항상 δ⁻를 띠는 것은 아니다. 결합 상대 원자와 비교했을 때 전기 음성도가 큰지가 기준이다. 따라서 한 원소의 부분 전하 부호를 결합 종류와 무관하게 고정해서 외우면 안 된다.