전자쌍 반발이 분자 모양을 정한다

전자 영역은 서로 반발해 가능한 한 멀리 떨어지려고 해요. 개수가 2개면 정반대로 벌어져 직선형(180°), 3개면 평면 삼각형(120°), 4개면 사면체형(109.5°)이 돼요. 5개는 삼각쌍뿔, 6개는 팔면체형이죠. 버튼으로 개수를 바꾸며 배치가 어떻게 스스로 정해지는지 봐요.

결합에 쓰인 전자쌍은 두 원자 사이에 묶여 좁게 있지만, 고립 전자쌍은 한 원자에만 매여 더 넓게 부풀어요. 그래서 이웃한 결합쌍을 더 세게 밀어붙이죠. 물은 전자 영역이 4개라 이상적으로는 109.5°여야 하지만, 고립쌍 2개가 밀어 H-O-H 각이 104.5°로 좁아지고 분자가 굽어요. 고립쌍을 켜고 꺼 보며 각이 줄어드는 걸 확인해요.

분자 모양을 말할 때는 전자쌍 배열과 원자 위치를 구분해야 해요. 전자 영역이 4개면 배열은 늘 사면체형이지만, 그중 일부가 고립쌍이면 눈에 보이는 원자만으로 판단한 모양은 달라져요. AX₄는 사면체형 그대로, 고립쌍 1개인 AX₃E는 삼각뿔형, 고립쌍 2개인 AX₂E₂는 굽은형이 되죠. 토글로 전자 영역 전체와 원자만 보이는 모습을 오가며 차이를 봐요.

전자 영역이 왜 하필 그 배치로 정해질까요? 각 쌍이 서로 밀어내는 반발 에너지의 합이 가장 작은 곳이기 때문이에요. 화면의 한 영역을 끌어 최적 위치에서 벗어나게 하면, 이웃과 가까워질수록 반발 에너지 합이 치솟아요. 손을 놓으면 다시 가장 멀리 벌어진 최소 에너지 배치로 되돌아가죠. 그 최소점이 바로 우리가 관찰하는 분자 모양이에요.

각 결합은 전기음성도 차이 때문에 한쪽으로 전자가 쏠린 작은 쌍극자예요. 분자 전체의 극성은 이 결합 쌍극자들을 벡터로 더한 값이죠. 이산화탄소는 두 C=O 쌍극자가 정반대라 서로 상쇄돼 알짜가 0인 무극성이에요. 물은 굽어 있어 두 O-H 쌍극자가 상쇄되지 않고 위로 합쳐져 알짜 쌍극자가 남아 극성이죠. 결합 쌍극자와 알짜 쌍극자를 오가며 방향의 합을 확인해요.