[G. Chem] 18. 전기음성도(Eletronegativity)

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전기음성도(electronegativity, EN): 화학결합을 하는 분자 내에서 한 원소가 원자가 전자쌍(공유전자쌍)을 자신에게 끌어당기는 정도

- 핵-공유전자쌍 간의 인력을 에너지 차원으로 나타낸 (물리)량

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Linus Pauling, 1901-1994, U.S

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미국의 화학자 라이너스 폴링은 자신이 고안한 식을 통해 최초로 전기음성도에 구체적인 값을 부여했다.

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Pauling의 electronegativity

- 결합한 두 원소 A, B의 결합해리에너지(dissociation energy) D를 이용해 식을 고안(1932)했다. ⇒ 결합한 두 원소의 전기음성도 차이가 클수록 공유결합에서의 결합해리에너지 값이 크다.

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여러 화학 서적에 등장하는 전기음성도의 주기율표는 Pauling이 계산한 EN scale을 따른다.

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그림 1. Pauling's EN Values

- 핵의 양성자수가 클수록 핵-원자가전자 간 인력이 커져 EN이 크다.

- 전자껍질수가 많을 수록 핵-원자가전자 간 인력이 작아져 EN이 작다.

- 기억할만한 원소의 전기음성도는 다음과 같다: H(2.1), P(2.1), Li(1.0), Ca(1.0), N(3.0), Cl(3.0), Be(1.5), Al(1.5), S(2.5), C(2.5) ⇒ 값은 Pauling의 EN을 반올림한 결과이다.

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같은 주기 상에서 원자번호가 커질수록 양성자 수가 커져 전기음성도가 크다. 반면, 같은 족에서는 원자번호가 커질수록 전자껍질수가 많아져 전기음성도가 작다.

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Pauling의 EN 외에도 밀리컨(Robert S. Mulliken, 1896-1986, U.S), 알레드(A. Louis Allred)-로우초(Eugene G. Rochow, 1909-2002, U.S), 앨런(Leland C. Allen), 샌더슨(R. T. Sanderson, 1912-1989, U.S) 등 많은 화학자들이 EN의 수치화에 기여했다.

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특히 앨런의 전기음성도는 다음과 같은 특징을 갖는다.

(1) 정량화에 있어, 앨런의 EN은 주족 원소에 한하여 매우 정확한 수치를 보인다. 따라서 물리화학적 계산에 자주 사용된다.

(2) 앨런의 전기음성도에 따르면, 모든 주기에서 18족 원소의 전기음성도가 가장 크다.

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전기음성도의 경향

전기음성도의 경향은 Pauling scale을 기준으로 다음과 같이 요약된다.

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1. 플루오린은 Pauling scale로 3.98이나, 반올림하여 4.0으로 생각한다.

2. 2주기 Li을 시작으로 0.5씩 차례대로 오른다.

3. 수소원자의 EN은 2.1 또는 2.2로 둔다. (논문에서 Pauling은 2.1로 표기했으나, 현대화학에서는 상황에 따라 2.2로도 표기하므로 혼용하도록 한다.)

4. 주기율표 상 오른쪽으로 갈수록 유효핵전하가 크고, 위로 갈수록 전자껍질수가 적어지므로 18족을 제외하면 17족 원소들의 EN이 가장 크다.

그림 2. 18족 원소를 제외한 17족 원소의 EN이 가장 크며 단일 원소로는 F가 가장 큰 EN 값을 갖는다.

1.0	1.5	2.1	2.5	3.0
Li, Ca	Be, Al	H(또는 2.2), P	S, C	N, Cl

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전기음성도의 사용

전기음성도 수치는 일반화학을 넘어 여러 응용화학분야(유기화학)에 매우 유용하게 사용된다.

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1. 원자 결합의 성격을 파악

화합물의 결합 성격을 파악하는 데 EN 정보가 사용된다.

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그림 3. 전기음성도의 차이에 따라 결합의 형태가 서로 다르게 분류된다.

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결합의 분류

- EN차(ΔEN)=1.7의 화합물 결합은 이온결합에 가깝다고 표현한다.

- EN차 1.7을 기준으로 그 이상의 EN차를 갖는 물질은 '이온결합 화합물', 그 이하의 EN차를 갖는 물질은 '극성공유결합 화합물'로 분류한다.

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그림 4. 두 원자의 전기음성도 차이에 근거하여, 화합물을 명확히 분류할 수 있다.

- 완전한 이온결합화합물 또는 완전한 극성공유결합 화합물은 존재하지 않는다.

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2. 산화수 결정

- 화합물 내에서의 구성 원소들의 산화수를 판단하는 데 사용

- EN이 큰 원소가 음의 산화수, EN이 작은 원소가 양의 산화수를 갖는다.

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