NOBr의 결합과 옥텟 규칙 (chemistry, NOBr, double bond, octet rule, formal charge, molecular structure)

질문 요약

NOBr이 N과 O가 2중결합을 할 때나 3중결합을 할 때 옥텟 규칙을 만족하는데 왜 안된다는 건가요? 형식 전하가 0이 아니라서 그런건가요?

답변 요약

네, 형식 전하가 기여체의 안정성에 영향을 줍니다. 따라서 형식 전하가 없는 2중결합 구조가 더 안정적입니다.

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NOBr의 결합과 옥텟 규칙

질문: NOBr이 N과 O가 2중결합을 할 때나 3중결합을 할 때 옥텟 규칙을 만족하는데 왜 안된다는 건가요? 형식 전하가 0이 아니라서 그런건가요?

답변: 네, 형식 전하가 기여체의 안정성에 영향을 줍니다. 따라서 형식 전하가 없는 2중결합 구조가 더 안정적입니다.

옥텟 규칙과 형식 전하

화학 결합에서 옥텟 규칙은 매우 중요한 개념입니다. 원자가 화학 결합을 통해 팔 전자(옥텟)를 가지려는 경향을 설명하는 법칙입니다. 그러나 이 옥텟 규칙을 만족하는 구조 중에서도 안정성의 차이가 있을 수 있습니다. 그 이유 중 하나는 형식 전하 때문입니다.

형식 전하란?

형식 전하(Formal Charge)는 분자의 각 원자가 가지는 전하를 계산한 값으로, 다음 공식을 통해 구할 수 있습니다:

\[ FC = V - (N_b + \frac{1}{2}N_s) \]

여기서,

• FC: 형식 전하
• V: 원자가 전자 수
• N_b: 비공유 전자쌍 수
• N_s: 공유 결합 전자 수

형식 전하가 0에 가까울수록 그 구조가 더 안정적입니다. 이는 전자가 고르게 분포되어 있다는 의미이기 때문입니다.

NOBr의 결합 형태

NOBr 분자는 질소(N), 산소(O), 브롬(Br)으로 구성되어 있습니다. 이 분자는 다음과 같은 결합 형태를 가질 수 있습니다:

1. N와 O가 이중 결합을 하고, Br이 단일 결합으로 연결된 형태
2. N와 O가 삼중 결합을 하고, Br이 단일 결합으로 연결된 형태

이 두 가지 형태 모두 옥텟 규칙을 만족할 수 있지만, 형식 전하를 계산해보면 안정성 차이를 알 수 있습니다.

구조 1: 이중 결합

N와 O가 이중 결합을 하고, Br이 단일 결합으로 연결된 경우:

• 질소(N)의 형식 전하: \(5 - (2 + \frac{1}{2}(6)) = 0\)
• 산소(O)의 형식 전하: \(6 - (4 + \frac{1}{2}(4)) = 0\)
• 브롬(Br)의 형식 전하: \(7 - (6 + \frac{1}{2}(2)) = 0\)

모든 원자의 형식 전하가 0이므로, 이 구조는 매우 안정적입니다.

구조 2: 삼중 결합

N와 O가 삼중 결합을 하고, Br이 단일 결합으로 연결된 경우:

• 질소(N)의 형식 전하: \(5 - (2 + \frac{1}{2}(8)) = -1\)
• 산소(O)의 형식 전하: \(6 - (2 + \frac{1}{2}(8)) = +1\)
• 브롬(Br)의 형식 전하: \(7 - (6 + \frac{1}{2}(2)) = 0\)

질소와 산소의 형식 전하가 각각 -1과 +1로 비대칭적이므로, 이 구조는 상대적으로 덜 안정적입니다.

결론

NOBr의 결합에서 N와 O가 이중 결합을 이룬 구조가 더 안정적인 이유는 이 구조가 형식 전하가 0이기 때문입니다. 따라서 형식 전하가 안정성에 큰 영향을 미친다는 점을 기억해야 합니다.

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