① 무극성 분자와 극성 분자 ￭ 분자의 극성과 쌍극자 모멘트
- 분자 내에 전하가 고르게 분포되어 부분적인 전하를 띠지 않는 분자는 무극성 분자 ➜ 쌍극자 모멘트의 합 :
- 분자 내에 전하가 한쪽으로 치우쳐 부분적인 전하를 띠는 분자는 극성 분자 ➜ 쌍극자 모멘트의 합 :
￭ 2개의 원자가 결합한 이원자 분자의 극성 여부
- 같은 원소로 이루어진 이원자 분자 : 무극성 공유 결합을 하므로 ( ) 분자이다.
- 다른 원소로 이루어진 이원자 분자 : 극성 공유 결합을 하여 쌍극자 모멘트가 0이 아니므로 ( ) 분자이다.
￭ 쌍극자 모멘트의 합
- 쌍극자 모멘트는 ( )와 ( )을 가진 벡터양이다.
- 벡터의 표현 : 벡터를 표시할 때에는 화살표로 나타내며, 이때 화살표의 길이가 벡터의 크기를, 화살표 의 방향이 벡터의 방향을 나타낸다.
- 벡터의 합 : 2개의 벡터를 이웃한 두 변으로 하는 평행사변형을 그렸을 때, 두 벡터의 출발점에서 평행사변형의 반대편 꼭짓점으로 그린 대각선이 두 벡터의 합이다.
- 같은 크기의 세 힘이 120° 각도로 작용하는 경우 전체 합력은 0이 된다.
￭ 3개 이상의 원자가 결합한 분자의 극성 여부 - 극성 공유 결합으로 생성된 무극성 분자
➜ 분자의 3차원 구조가 대칭 구조를 이루는 경우에 쌍극자 모멘트가 서로 상쇄되어 분자 전체는 쌍극자 모멘트가 ( )이므로 ( ) 분자이다.
- 극성 공유 결합으로 생성된 극성 분자
➜ 중심 원자에 결합된 원자들이 모두 같은 종류가 아니거나 중심 원자가 비공유 전자쌍을 가지고 있는 비대칭 구조를 이루는 경우에는 쌍극자 모멘트가 상쇄되지 않아 쌍극자 모멘트의 합이 0이 아니므로 ( ) 분자이다.
< 탐구 > 물질의 극성 확인하기
￭ 목표 : 무극성 분자로 이루어진 물질과 극성 분자로 이루어진 물질의 성질을 확인할 수 있다.
뷰렛을 스탠드에 설치하고 뷰렛에 물을 넣어 가느다란 물줄기가 흐르도록 한 다음, 명주 헝겊으로 문지른 플라스틱 자와 유리 막대를 각각 물줄기에 가까이 한다.
✍ 물줄기는 각각 어떻게 되는가?
➜
1. 시험관 한 개에 물과 헥세인을 10mL씩 넣고 흔든 뒤 변화를 관찰한다.
2. 과정 1의 시험관에 아이오딘 조각을 넣은 뒤 변화를 관찰한다.
✍ 시험관에서는 어떤 변화가 일어나는가?
➜
￭ 자료 해석과 논의
1. 실험(가)에서 물줄기의 방향이 변하는 까닭을 설명해 보자.
➜
2. 실험(나)에서 과정 1과 2의 결과를 분자의 극성과 관련지어 설명해 보자.
➜ ( ) 분자인 물과 ( ) 분자인 헥세인은 서로 섞이지 않으므로 두 개의 층으로 분리된다.
아이오딘(I
2
)은 ( ) 분자이므로 극성인 물보다 무극성인 헥세인에 더 잘 용해되어 헥세인 층 이 ( )으로 변한다.따라서 극성 분자와 무극성 분자는 서로 섞이지 않고, 무극성 물질은 무극성 용매에 잘 용해된다는 것 을 알 수 있다.
② 무극성 분자와 극성 분자의 성질 ￭ 전기적 성질
- 전기장에서의 배열
➜ 기체 상태의 극성 분자는 전기장 안에서 (+)전하를 띤 부분(
)은 ( )극판 쪽으로, (-)전하를 띤 부분(
)은 ( )극판 쪽으로 일정한 방향을 이루어 배열한다.➜ 그러나 무극성 분자는 전기장의 영향을 받지 않으므로 전기장 속에서도 방향성을 나타내지 않는다.
- 대전체의 영향
➜ 대전체가 띠고 있는 전하의 종류에 관계없이 극성 분자가 대전체로 끌려간다.
￭ 용해성
- 일반적으로 극성 분자와 무극성 분자는 서로 잘 섞이지 않는다.
- 극성 분자는 ( ) 용매에 잘 용해되고, 무극성 분자는 ( ) 용매에 잘 용해된다.
➜ 극성 분자끼리는 서로 반대 전하를 띤 부분 사이에 강한 인력이 작용하여 서로 잘 섞이지만, 극성 분자와 무극성 문자를 섞으면 극성 분자끼리만 강한 인력이 작용하여 무극성 분자는 극성 분자 사이로 섞여 들어가지 못하기 때문이다.
ex) 탄화수소의 기다란 사실로 구성된 기름은 무극성 물질이므로 물과 잘 섞이지 않지만, 극성 물질인 에탄올은 물과 서로 잘 섞인다.
￭ 끓는점
- 분자량이 비슷한 경우 극성 분자로 이루어진 물질의 끓는점은 무극성 분자로 이루어진 물질의 끓는점 보다 ( 높 / 낮 )다.
➜ 분자량이 비슷한 극성 분자는 무극성 분자보다 분자간 힘이 크게 작용하기 때문이다.
ex) 암모니아의 분자량은 17이고 메테인의 분자량은 16으로 거의 비슷하지만, 극성 분자인 암모 니아의 끓는점은 33℃이고, 무극성 분자인 메테인의 끓는점은 166℃로 차이가 매우 크다.
*** < 참고 > 무극성 분자와 극성 분자의 쌍극자 모멘트 ***
분자의 쌍극자 모멘트가 클수록 극성이 강하다.
*** < 참고 > 힘의 합성 방법을 이용한 분자의 극성 판단 ***
*** < 참고 > 분자의 구조와 극성의 세기 ***
분자식이 같은 물질도 분자의 구조에 따라 극성의 세기가 달라진다. 에탄올과 다이메틸 에테르는 분자식이 같고 모두 극성 분자이다. 그러나 분자의 구조가 다르기 때문에 극성의 세기가 다르다. 에탄올이 다이메틸 에테르보다 극성이 더 크기 때문에 끓는점도 높고 물에 더 잘 용해된다.