Valence Bond Theory, VB theory   원자가 결합 이론, VB 이론

(2018-03-12)

Hybrid Orbital, 혼성 궤도함수, Sigma Bond, 시그마 결합, Pi Bond, 파이 결합, Hybridization, 혼성화

1. 원자가 결합 이론 (Valence Bond Theory, VB theory)양자역학 이론을 기반으로, 원자들 각각이 고유의 궤도함수전자들을 갖고, 
     서로 접근하고 겹쳐지는 공유결합을 형성하며, 분자 구조를 이룬다는 이론/모형
     - 원자 사이에 전자 공유가 어떻게 일어나는가에 대해 설명하는 이론 모형


2. 결합(전자 공유)의 형성과 형태궤도함수가 겹쳐지며 공유결합이 형성됨
     - 두 원자 궤도함수들이 서로 겹쳐질 때,
     - 겹쳐진 공간전자쌍이 채워지며 공유결합이 형성됨

  ㅇ 겹쳐 공유된 전자쌍 위치에 따른 구분
     - 공유 전자쌍    : 원자들 간의 공간에서 공유됨
     - 비 공유 전자쌍 : 일정한 공간에 외따로 있게됨

  ㅇ 겹치는 방식 구분
     - 시그마 결합 (σ 결합, Sigma Bond) : 끝과 끝 겹침 (end-to-end)
        . 2개의 1s 궤도함수가 중첩되어, 두 원자핵 사이에 전자밀도가 밀집됨
        . 원통 대칭형 구조(cylindrically symmetrical) : 두 원자핵 간에 대칭적인 계란 모양
        . 例) H2 분자에서, H-H 결합
     - 파이 결합 (π 결합, Pi Bond)      : 옆과 옆 겹침 (side-to-side)
     - 혼성화 (Hybridization)            : 2 이상의 궤도함수가 섞여 새로운 궤도함수를 형성


3. 혼성 궤도함수 이론 (Hybrid Orbital Theory)

  ㅇ 라이너스 폴링(Pauling)이, 메탄(CH4) 분자 구조를 설명하기 위해 도입한 이론
     - 화학결합을 형성하기 위해
     - 중심 원자바닥상태 전자배치로부터 먼저 들뜬상태로 여기된 다음,
     - 궤도함수들의 혼성화(Hybridization)가 이루어지고,
     - 그 다음에 원자가 혼성화된 궤도함수에 있는 전자를 공유하여 결합이 형성됨

  ㅇ 원자궤도함수를 근거로 화학결합(공유결합)을 설명
     - 특히, 분자 기하구조를 설명하는데 많이 활용


4. 혼성화 및 혼성 궤도함수

  ㅇ 혼성화 (Hybridization)
     - 원자 궤도함수를 혼성하여, 결합에 참여할 수 있는 새로운 궤도함수를 만드는 것
        . 전자 궤도함수들이 혼합되어 혼성 궤도함수가 형성되고,
        . 이것이 다른 궤도함수와 겹친 후,
        . 서로다른 스핀을 갖는 전자들이 겹친 영역에서 안정한 결합을 이루는 과정

  ㅇ 혼성 궤도함수의 특징
     - 형성된 혼성 궤도함수의 개수 : 혼합에 참여한 원자 궤도함수의 개수와 같음
     - 형성된 혼성 궤도함수의 유형 : 혼합에 참여한 원자 궤도함수의 유형에 따라 달라짐
     - 혼성 궤도함수의 모양과 배향 : 결합에서 다른 원자궤도함수와 겹침이 최대가 되도록 함


5. 혼성 궤도함수의 유형

  ㅇ sp 혼성화
     - s,p 궤도함수의 겹침과 새로운 궤도함수의 형성
     - 2개의 전자 군이 중심 원자들을 둘러쌀때 선형 배향을 이룸
        . 180도 떨어진 반대 배향으로, 2개의 동등한 sp 혼성 궤도함수가 형성됨
          
        . 例) Be
     - 또한, 두 혼성 궤도함수 각각이 또다른 원자궤도함수와 겹쳐지어 결합이 형성될 수 있음
        . 例) BeH2

  ㅇ sp2 혼성화
     - s 궤도함수 1개와 p 궤도함수 2개로 형성

  ㅇ sp3 혼성화 
     - s 궤도함수 1개와 p 궤도함수 3개로 형성

  ㅇ sp3d 혼성화
     - s 궤도함수 1개, p 궤도함수 3개, p 궤도함수 1개로 형성

  ㅇ sp3d2 혼성화


[분자 구조 모형] 1. VSEPR 모형 2. VB 이론 3. MO 이론
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