개념 한 쪽
공유결합으로 이루어진 분자의 성질은 결합의 극성, 분자 기하, 분자간 힘 등에 의해 결정된다는 점을 이해해야 한다는 점을 핵심으로 한다.
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출제기준 단원 「공유결합과 분자」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 끓는점 비교 원인 판단 | 1 | 분자간 힘(수소결합 등)으로 끓는점 차이를 설명하게 함 |
| 불포화 검출 반응 식별 | 1 | 브롬액 탈색 현상으로 불포화 결합 존재를 판별하게 함 |
| 동소체 판별과 정의 적용 | 1 | 동일 원소의 순수물질 여부로 동소체를 가르는 기준을 묻나 |
분자의 극성은 단지 결합의 극성 여부만으로 결정되지 않고 분자의 기하학적 구조와 결합들의 벡터 합으로 결정된다는 원리를 제시한다. 예컨대 결합 자체가 극성이라도 전체 분자가 대칭 구조이면 쌍극자 모멘트가 상쇄되어 비극성이 될 수 있다는 사실을 다룬다.
분자간 힘은 끓는점과 같은 물리적 성질에 큰 영향을 미친다는 점을 설명한다. 특히 수소와 F, O, N이 결합한 경우에는 분자간에 강한 수소결합이 생겨 분자량만으로 예상한 것과 다른 끓는점 경향을 보일 수 있음을 제시한다.
불포화 결합의 존재는 화학적 검출법과 직결된다는 점을 다룬다. 브롬액의 적갈색이 불포화 결합과의 첨가반응으로 탈색되는 특성을 이용해 이중결합·삼중결합 존재를 식별하는 원리를 제시한다.
탄화수소의 불포화도는 (2C+2-H)/2 공식으로 계산하며, 이 값이 고리와 이중결합, 삼중결합의 기여를 나타낸다는 원리를 설명한다. 문제 조건에서 삼중결합이나 고리가 없을 때 불포화도는 이중결합 수와 같다는 점을 명확히 한다.
결정의 분류와 동소체 개념도 다룬다. 금속결정은 양이온 격자와 자유전자로 구성되는 반면, 동소체는 동일 원소의 원자 배열 차이로 정의되므로 혼합물은 동소체에 해당하지 않는다는 원리를 설명한다.
공유결합의 차수에 따른 σ·π 결합 수의 분포를 설명한다. 단일결합은 σ 1개, 이중결합은 σ 1개+π 1개, 삼중결합은 σ 1개+π 2개로 구성되므로 분자 내 전체 σ 결합 수는 각 결합을 합산하여 구할 수 있다는 점을 정리한다.
C18H30의 불포화도를 (2C+2-H)/2에 대입하여 계산하면 (2×18+2-30)/2 = 4로 불포화도가 4가 나온다. 문제에서 3중결합이 없다고 했으므로 이 값은 모두 이중결합 수에 해당하여 이중결합은 최대 4개 존재할 수 있다는 결론을 도출한다.
브롬액 적가 실험 문제에서는 적갈색의 브롬이 불포화 결합과 첨가반응을 일으키며 소모되어 무색화되는 현상을 근거로 이중결합을 가진 화합물을 정답으로 판별한다는 풀이 흐름을 제시한다.
HF의 끓는점이 HCl의 끓는점 보다 높은 이유와 가장 관계가 깊은 것은?
정답 ③ · HF는 F의 전기음성도가 매우 커서 분자간 강한 수소결합을 형성하지만, HCl은 Cl의 전기음성도가 상대적으로 낮아 수소결합을 형성하지 못하고 반데르발스 힘만 작용한다. 이 때문에 분자량이 더 작은 HF가 HCl보다 끓는점이 높다.
F, Cl 등 전기음성도가 큰 원자와 결합한 H는 분자간 수소결합을 형성하여 끓는점을 비정상적으로 높인다.
다음 화합물중 브롬액을 적가 할 때 브롬액의 적갈색을 탈색(무색)시키는 물질은?
정답 ② · 브롬수(Br2)는 이중결합이나 삼중결합 같은 불포화 결합에 첨가반응을 일으켜 적갈색이 탈색(무색화)된다. 에틸렌(C2H4)은 이중결합을 가진 불포화 탄화수소이므로 브롬을 첨가하여 탈색시킨다.
이중결합을 가진 불포화 탄화수소인 에틸렌(C2H4)이 브롬과 첨가반응을 일으켜 탈색시킨다.
탄소는 4족 원소로 모든 생명체의 가장 기본이 되는 물질이다. 다음 중 탄소의 동소체로 볼 수 없는 것은?
정답 ① · 탄소의 동소체는 같은 원소(탄소)로 이루어졌으나 원자 배열이 달라 성질이 다른 물질로 흑연, 다이아몬드, 활성탄(무정형 탄소), 풀러렌 등이 있다. 원유는 다양한 탄화수소의 혼합물이지 탄소 단일 원소로 이루어진 동소체가 아니므로 동소체로 볼 수 없다.
동소체는 같은 원소로 된 순수 물질이어야 하므로, 혼합물인 원유는 탄소의 동소체가 될 수 없다.
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