루이스 전자점식과 공유·비공유 전자쌍

핵심 정리

루이스 전자점식은 원소 기호 둘레에 원자가 전자를 점으로 찍어 원자가 어떤 결합을 만들 수 있는지 나타낸 식이다. 원자가 전자의 수는 원소가 속한 족 번호와 관계가 있으므로, 원소 기호만 보고도 찍을 점의 개수를 알 수 있다. 점을 찍을 때 둘씩 짝지은 점은 전자쌍이고, 짝을 이루지 못한 점은 홀전자이다.

두 원자가 전자쌍을 서로 내놓아 함께 쓰면 공유 결합이 생기고, 그 공유된 전자쌍의 개수를 공유 전자쌍 수라 한다. 이중 결합은 두 원자가 전자쌍 2개를 공유한 결합이다. 공유 결합을 만들 때 원자들은 최외각 전자를 8개 채워 안정해지려 하는데, 이를 옥텟 규칙이라 한다. 수소는 예외적으로 공유 결합에서 전자 한 개를 내놓아 한 개의 결합만 만든다.

옥텟 규칙을 만족하는 분자에서 공유 전자쌍 수는 결합 수와 같다. 두 원자 사이의 결합이 단일이면 공유 전자쌍은 1개, 이중이면 2개, 삼중이면 3개이다. 따라서 분자의 공유 전자쌍 수는 구조식에 나타난 결합 차수의 총합으로 정해진다.

원자가 전자 중 결합에 쓰이지 않고 한 원자에만 속한 전자쌍을 비공유 전자쌍이라 한다.공유되지 않은 전자쌍을 비공유 전자쌍이라 한다. 비공유 전자쌍은 결합하지 않는 전자쌍이므로 구조식에서 선으로 나타나지 않는다. 비공유 전자쌍 수는 원자의 원자가 전자 수와 결합 수에 따라 정해진다. 옥텟 규칙을 만족하는 분자에서 중심 원자의 비공유 전자쌍 수는 원자가 전자 수와 결합 수로 정해진다.

같은 족 원소처럼 원자가 전자 수가 같은 원소는 결합 가능한 전자쌍 수가 같다. 이 사실 때문에 원소 기호를 모르더라도 결합 수와 비공유 전자쌍 수의 관계로 원소를 판별할 수 있다. 2주기 원소는 옥텟 규칙에 따라 전자 8개로 안정해지며, 결합 수로 원소를 가려낸다.

자세히

전자점식을 그리거나 읽을 때는 다음 순서를 따른다. 첫째, 원소의 원자가 전자 수를 확인한다. 원자가 전자 수는 족 번호와 관계가 있으므로 원소가 속한 족을 알면 점의 개수가 정해진다. 둘째, 옥텟 규칙을 기준으로 각 원자가 결합으로 채워야 할 전자 수를 계산하고, 그에 맞는 결합 수를 정한다. 셋째, 결합 수만큼 원자 사이에 공유 전자쌍을 놓는다. 넷째, 남은 원자가 전자는 쌍으로 묶어 원자 주위에 놓는데, 이것이 비공유 전자쌍이다. 다섯째, 중심 원자 주위의 전자쌍 배치가 옥텟 규칙을 만족하는지 확인한다.

이 과정에서 두 전자쌍의 성격을 구분하는 것이 핵심이다. 공유 전자쌍은 두 원자가 함께 가지므로 두 원자 사이에 있고, 구조식에서 결합선으로 나타난다. 비공유 전자쌍은 한 원자에만 속하므로 원자 주위에 점으로 남는다. 아래 표는 두 전자쌍의 차이를 정리한 것이다.