분자의 구조

Molecular Structure (VSEPR)

분자의 모양은 전자쌍이 서로 밀어내며 최대한 멀리 떨어지려 하는 VSEPR 원리로 설명돼요. 결합쌍과 비공유 전자쌍의 개수에 따라 직선형, 평면삼각형, 정사면체, 삼각뿔, 굽은형 같은 구조가 생겨요. 비공유 전자쌍은 결합각을 줄이고, 분자 대칭 여부가 극성·무극성을 결정해요. 이 페이지에서는 분자 구조를 골라 결합쌍·비공유 전자쌍 배치와 극성 판단을 비교해 봐요.

직관 도입: 분자는 왜 특정 모양을 가지는가?

💡 비유: 풍선 묶기

①풍선 2개를 묶으면 → 직선형 (180°)

②풍선 3개를 묶으면 → 평면 삼각형 (120°)

③풍선 4개를 묶으면 → 정사면체 (109.5°)

④전자쌍도 풍선처럼 서로 밀어내며 최대한 멀리 떨어지려 한다

⑤이것이 VSEPR(전자쌍 반발 이론)의 핵심!

VSEPR 분자 구조 시각화

분자 구조 선택0

🔍 6가지 구조를 비교하라!

①직선형(CO₂): 결합쌍 2, 비공유 0 → 무극성

②평면삼각형(BF₃): 결합쌍 3, 비공유 0 → 무극성

③굽은형(SO₂): 결합쌍 2, 비공유 1 → 극성

④정사면체(CH₄): 결합쌍 4, 비공유 0 → 무극성

⑤삼각뿔(NH₃): 결합쌍 3, 비공유 1 → 극성

비공유 전자쌍과 결합각

VSEPR 핵심

전자쌍 반발: 비공유 > 비공유-결합 > 결합쌍

비공유전자쌍이 더 넓은 공간 차지 → 결합각 감소

결합각 비교

CH₄(109.5°) > NH₃(107°) > H₂O(104.5°)

비공유전자쌍 0 → 1 → 2개: 결합각이 점점 줄어든다

💡 왜 비공유전자쌍이 결합각을 줄이는가?

①비공유전자쌍 = 핵에만 속함 → 더 넓게 퍼진다

②결합전자쌍 = 두 핵 사이 → 상대적으로 좁음

③비공유전자쌍이 결합전자쌍을 더 세게 밀어냄

④결과: 결합각↓ (109.5° → 107° → 104.5°)

극성 판단

분자 극성 판단

Chart구조와 극성의 관계

구조	예시	대칭?	극성
직선형	CO₂	O	무극성
평면삼각형	BF₃	O	무극성
굽은형	H₂O, SO₂	X	극성
정사면체	CH₄, CCl₄	O	무극성
삼각뿔	NH₃	X	극성

💡 극성 분자 판단 3단계

①각 결합이 극성인가? (전기 음성도 차이)

②분자 구조가 대칭인가? (VSEPR로 확인)

③대칭이면 쌍극자 모멘트 상쇄 → 무극성

④비대칭이면 쌍극자 합 ≠ 0 → 극성

⑤같은 결합이라도 구조에 따라 극성이 달라진다!

직접 풀어보기

예제 1

메테인(CH₄) 분자의 모양과 결합각을 구하시오.

중심 원자 C 주위의 전자쌍 수를 센다.

C 주위 전자쌍 4개 (모두 결합)

비공유 전자쌍이 0개이므로 4개의 결합쌍이 최대로 벌어진다.

정사면체형, 109.5°

▸ 정사면체형, 109.5°

비공유 전자쌍이 없으면 결합각이 줄지 않고 109.5°를 그대로 유지한다.

예제 2

물(H₂O)과 이산화탄소(CO₂)의 분자 모양을 비교하시오.

H₂O는 중심 O에 결합쌍 2개와 비공유 전자쌍 2개가 있다.

H₂O: 비공유 전자쌍 반발 → 굽은형 104.5°

CO₂는 중심 C에 비공유 전자쌍이 없고 이중결합 2개만 있다.

CO₂: 비공유 전자쌍 없음 → 직선형 180°

▸ H₂O 굽은형, CO₂ 직선형

같은 결합쌍 2개라도 비공유 전자쌍의 유무가 모양을 직선형과 굽은형으로 가른다.

총정리

분자 구조 결정법

① 중심원자의 전자쌍 수 세기 → ② VSEPR로 구조 결정

전자쌍 = 결합쌍 + 비공유전자쌍

2022 평가원 모평 화학Ⅰ 유형 변형

다음 분자 중 분자 모양이 직선형인 것은?

①H₂O

②NH₃

③CH₄

④CO₂

⑤SO₂

▸ ④ CO₂

각 분자 중심 원자의 전자쌍 배열을 비교한다.

CO₂만 중심 원자에 비공유 전자쌍이 없어 직선형이 된다.

CO₂: O=C=O, 중심 C에 비공유 전자쌍 0 → 직선형 180°

🎯 시험 포인트

①VSEPR = 전자쌍끼리 최대한 멀리 떨어지려는 원리

②비공유전자쌍은 더 큰 공간 차지 → 결합각↓

③CH₄: 정사면체(무극성), NH₃: 삼각뿔(극성), H₂O: 굽은형(극성)

④CO₂: 직선형(무극성) vs H₂O: 굽은형(극성)

⑤분자 극성 = 결합 극성 + 분자 구조(대칭성) 종합 판단