아낌없이 주는 나무

[정답] ① 제5류 위험물

          ② 나이트로화합물

​

2. 다음 2류 위험물의 저장 및 취급 기준에 대한 설명이다. 괄호 안을 알맞게 채우시오.

    제2류 위험물은 ( ① )와 접촉 · 혼합이나 불티 · 불꽃 · 고온체와의 접근 또는 과열을 피하는 한편, 철분 · 금속분 · 마그네슘 및

    이를 함유한 것에 있어서는 ( ② )이나 ( ③ ) 과의 접촉을 피하고 인화성 고체에 있어서는 함부로 ( ④ )를 발생시키지 아니하여야

    한다.

[정답] ① 산화제 ② 물 ③ 산 ④ 증기

​

3. 제5류 위험물인 나이트로글리세린에 대한 다음 물음에 답하시오.

 [풀이] 나이트로글리세린의 일반적 성질

  ① 다이너마이트, 로켓, 무연화약의 원료로 순수한 것은 무색투명한 기름성의 액체 (공업용 시판품은 담황색)이며 점화하면 즉시

       연소하고 폭발력이 강하다.

  ② 물에는 거의 녹지 않으나 메탄올, 벤젠, 클로로포름, 아세톤 등에는 녹는다.

  ③ 다공질 물질을 규조토에 흡수시켜 다이너마이트를 제조한다.

  ④ 분자량 227, 비중 1.6, 융점 2.8℃, 비점 160 ℃

  ⑤ 위험성

       ▣ 40℃에서 분해되기 시작하고 145℃에서 격렬히 분해되며 200℃ 정도에서 스스로 폭발한다.

 [정답] ①

        ② CO2, H2O, N2, O2

​

4. 다음 물질의 위험도를 구하시오.

  ① 디에틸에테르

  ② 아세톤

[풀이]

  ① 디에틸에테르의 물성 : 분자량 74.2, 비중 0.72, 비점 34℃, 인화점 -40℃, 발화점 180로 매우 낮고 연소범위 (1.9~48%)가

       넓어 인화성, 발화성이 강하다.​

  ② 아세톤의 물성 : 분자량 58, 비중 0.79, 비점 56℃, 인화점 -18.5℃, 발화점 465℃, 연소범위 2.5~12.8% 이며 휘발이 쉽고

       상온에서 인화성 증기가 발생하며 작은 점화원에도 쉽게 인화한다.​

10. 제1류 위험물의 품명 중 행정안전부령이 정하는 품명 5가지를 적으시오.

  [풀이] 제1류 위험물의 종류와 지정수량

[정답] 1.12ℓ

​

16. 옥외저장소 특례에 의하면 위험물을 저장 또는 취급하는 장소에는 해당 위험물을 적당한 온도로 유지하기 위한 살수설비 등을

       설치하여야 한다. 이 위험물의 종류를 쓰시오.

[풀이] 인화성 고체, 제1석유류 또는 알코올류의 옥외저장소의 특례

  ㉠ 인화성 고체, 제1석유류 또는 알코올류를 저장 또는 취급하는 장소에는 해당 위험물을 적당한 온도로 유지하기 위한 살수설비

       등을 설치하여야 한다.

  ㉡ 제1석유류 또는 알코올류를 저장 또는 취급하는 장소의 주위에는 배수구 및 집유설비를 설치하여야 한다. 이 경우 제1석유류

       (20℃의 물 100g에 용해되는 양이 1g 미만인 것에 한한다)를 저장 또는 취급하는 장소에 있어서는 집유설비에 유분리장치를

       설치하여야 한다.

[정답] ① 인화성 고체 ② 제1석유류 ③ 알코올류

​

17. 다음은 옥외탱크저장소의 방유제에 대한 설명이다. 괄호 안을 알맞게 채우시오.

  ① 방유제 내에 설치하는 옥외저장탱크의 수는 10 [방유제 내에 설치하는 모든 옥외저장탱크의 용량이 ( ㉠ ) ℓ 이하이고, 해당 옥외

       저장탱크에 저장 또는 취급하는 위험물의 인화점이 70℃ 이상, 200℃ 미만인 경우에는 20]이하로 할 것. 다만, 인화점이 ( ㉡ )

        ℃ 이상인 위험물을 저장 또는 취급하는 옥외저장탱크에 있어서는 그러하지 아니하다.

  ② 방유제 외면의 2분의 1 이상은 자동차 등이 통행할 수 있는 ( ) m 이상의 노면폭을 확보한 구내도로 (옥외저장탱크가 있는 부지

       내의 도로를 말한다)에 직접 접하도록 할 것. 다만, 방유제 내에 설치하는 옥외저장탱크의 용량 합계가 20만 ℓ 이하인 경우에는

       소화활동에 지장이 없다고 인정되는 3m 이상의 노면폭을 확보한 도로 또는 공지에 접하는 것으로 할 수 있다.

  ③ 방유제는 옥외저장탱크의 지름에 따라 그 탱크의 옆판으로 부터 다음에 정하는 거리를 유지할 것. 다만, 인화점이 200℃ 이상인

       위험물을 저장 또는 취급하는 것에 있어서는 그러하지 아니하다.

    ㉠ 지름이 15m 미만인 경우에는 탱크 높이의 ( ) 이상

    ㉡ 지름이 15m 이상인 경우에는 탱크 높이의 ( ) 이상

[풀이] 옥외탱크저장소의 방유제 설치기준

  ① 설치목적 : 저장중인 액체 위험물이 주위로 누설시 그 주위에 피해 확산을 방지하기 위하여 설치한 담

  ② 용량 : 방유제 안에 설치된 탱크가 하나인 때에는 그 탱크 용량의 110% 이상, 2기 이상인 때에는 그 탱크 용량 중 용량이 최대인

                것의 용량의 110% 이상으로 한다. 다만, 인화성이 없는 액체 위험물의 옥외저장탱크의 주위에 설치하는 방유제는 

                "110%"를 "100%"로 본다.

  ③ 높이 0.5m 이상 3.0m 이하, 면적 80,000㎡ 이하, 두께 0.2m 이상, 지하매설깊이 1m 이상으로 할 것. 다만, 방유제와 옥외저장

       탱크 사이의 지반면 아래에 불침윤성 구조물을 설치하는 경우에는 지하매설깊이를 해당 불침윤성 구조물까지로 할 수 있다.

  ④ 방유제는 외면의 2분의 1 이상은 자동차 등이 통행할 수 있는 3m 이상의 노면폭을 확보한 구내도로에 직접 접하도록 한다.

  ⑤ 하나의 방유제 안에 설치되는 탱크의 수 10기 이하 (단, 방유제 내 전 탱크의 용량이 200kℓ 이하이고, 인화점이 70℃ 이상,

        200℃ 미만인 경우에는 20기 이하)

  ⑥ 방유제와 탱크 측면과의 이격거리

    ㉠ 탱크 지름이 15m 미만인 경우 : 탱크 높이의 1/3 이상

    ㉡ 탱크 지름이 15m 이상인 경우 : 탱크 높이의 1/2 이상

[정답] ① ㉠ 20만 ㉡ 200

          ② 3

          ③ ㉠ 1/3 ㉡ 1/2

​

18. 유량이 230 ℓ/s인 유체가 D = 250에서 D =400로 관경이 확장되었을 때 손실수두는 얼마가 되는지 구하시오. (단, 손실계수는

       무시)

[풀이]​

   ② 2C6H2CH3(NO2)3 → (분해) 12CO + 2C + 3N2 + 5H2

​

6. 분자량이 78이고 무색투명한 액체로 방향성이 있으며, 인화점이 -11℃ 이다. 이 물질 2㎏이 산소와 반응할 때 반응식과

     이론산소량(kg)을 구하시오.

[벤젠(C6H6)의 일반적 성질]

  ㉠ 무색 투명하며 독특한 냄새를 가진 휘발성이 강한 액체로, 위험성이 강하며 인화가 쉽고 다량의 흑연이 발생하고

       뜨거운 열을 내며 연소한다.

  ㉡ 물에는 녹지 않으나 알코올, 에테르 등 유기용제에는 잘 녹으며, 유지, 수지, 고무 등을 용해시킨다.

  ㉢ 분자량 78, 비중 0.9, 비점 79℃, 인화점 -11℃, 발화점 498℃, 연소범위 1.4 ~8.0% 로 79℃에서 끓고, 5.5℃ 에서 응고된

       다. 겨울철에는 응고된 상태에서도 연소가 가능하다.

  ㉣ 연소시 이산화탄소와 물이 생성된다.

       a C6H6 + b O2 → c CO2 + d H2O

       C : 6a = c

       H : 6a = 2d

       O : 2b = 2c + d

       a = 1이라면 C= 6, d=3, 2b = 12 + 3, b=15/2 =7.5

      a=2, b=15, c= 12, d = 6

      2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6 H2O

[정답]

  ① 2C6H6 + 15O2 → 12CO2 + 6 H2O

  ② 6.15 kg

​

7. 위험물 저장소의 일반점검표에서 전기설비의 접지 점검내용을 쓰시오.

  [풀이] 옥내저장소 일반 점검표

[정답] ① 단선의 유무 ② 부착부분의 탈락 유무 ③ 접지저항치의 적부

​

8. 에탄올이 140℃ 에서 진한황산과 반응하면 특수 인화물에 해당하는 물질이 생성된다.

   이물질의 위험도를 구하시오.

[풀이] ㉮ 140℃ 에서 진한황산과 반응해서 디에틸에테르를 생성한다.

               2C2H5OH → (c-H2SO4) C2H5OC2H5 + H2O

  ㉯ 디에틸에테르의 일반적 성질

    ㉠ 무색투명한 유동성 액체로 휘발성이 크며, 에탄올과 나트륨이 반응하면 수소가 발생하지만 에테르는 나트륨과 반응

         하여 수소가 발생하지 않으므로 구별할 수 있다.

    ㉡ 물에는 약간 녹고 알코올 등에는 잘 녹으며, 증기는 마취성이 있다.

    ㉢ 전기의 부도체로서 정전기가 발생하기 쉽다.

    ㉣ 분자량 74.12, 비중 0.72, 비점 34 ℃, 인화점 -40℃, 발화점 180℃ 로 매우 낮고 연소범위는 1.9 ~ 48%로 넓어 인화성,

         발화성이 강하다.

[정답]​

[정답]

  ① 위험물의 풍명 · 위험등급 · 화학명 및 수용성 ('수용성' 표시는 제4류 위험물로서 수용성인 것에 한한다.)

  ② 위험물의 수량

  ③ 주의사항

​

11. 제6류 위험물인 질산 31.5g을 물에 녹여 360g을 만들었다. 이 질산수용액의 몰분율과 몰농도를 구하시오. (단, 수용액

       의 비중은 1.1이다)

[풀이]

 물의 질량 = 360g - 31.5 g = 328.5 g​

한편, 질산수용액의 비중이 1.1이므로 이를 이용하여 질산수용액의 부피를 구하면​

        여기서, t : 사용재질의 두께 (㎜)

                       σ : 사용재질의 인장강도 (N/㎟)

                       A : 사용재질의 신축률 (%)

② 이동저장탱크의 방파판

     KS 규격품인 스테인리스강판, 알루미늄합금판, 고장력강판으로서 두께가 다음 식에 의하여 산출된 수치(소수점 2자리

     이하는 올림) 이상으로 한다.​

          여기서, t : 사용재질의 두께 (㎜)

                      σ : 사용재질의 인장강도 (N/㎟)

​

③ 이동저장탱크의 방호틀

      KS 규격품인 스테인리스강판, 알루미늄합금판, 고장력강판으로서 두께가 다음 식에 의하여 산출된 수치 (소수점 2자

      리 이하는 올림) 이상으로 한다.​

      여기서, t : 사용재질의 두께 (㎜)

                  σ : 사용재질의 인장강도 (N/㎟)​

17. 분말소화약제 4종류에 대한 주성분의 화학식과 종류별 색깔을 쓰시오.

[풀이]

1. 질량 (밀도) 관련 특성

먼저 유체의 가장 중요한 특성인 질량 또는 밀도(Mass density)에 대하여 알아 보자.

밀도는 물질의 질량을 그것이 차지하고 있는 부피로 나눈 것이다. 단위는 [kg/㎥]이다.

비중량(단위중량) (Specific weight)는 밀도와 유사한 개념인데 차이점은 질량을 체적으

로 나누는 것이 아니라 중량 즉, 무게를 체적으로 나는 것이다.

무게는 힘을 단위로 사용한다. 예를 들어 질량이 m 인 물질의 중량은 질량 m에 중력가속도

g를 곱하여 산정한다. 중량은 mg로 나타낸다. 결국 비중량, 단위중량은 밀도 ρ에 중력가속도 g곱하여 산정한다. 이 때 밀도 ρ 는 중력의 영향을 받지 않으면서 같은 양의 같은 물질이

라면 중력가속도에 관계없이 일정하게 된다.

비체적은 질량 밀도의 역수이다. 어떤 물질이 차지하고 있는 체적을 질량으로 나누어 산정

한다. 단위는 1/ρ 로 나타내고 기호로는 μ로 나타낸다.

비중(Specific gravity)은 물과의 상대적인 비중량의 크기를 말한다. 예를 들어 SG가 1이

라고 하면 물과 비중량이 같다는 의미이다.

다음은 밀도와 관련된 특성에 대하여 알아 보자.

압축성은 유체의 온도나 압력이 변화할 때 유체의 밀도가 변하는 경우로서 유체의 질량이

변하거나 체적이 변화는 경우를 말한다. 반대의 경우에는 비압축성이라고 한다.

유체의 경우에 힘을 가했을 때 체적의 변화가 당초 체적의 1[%] 이내일 경우 비압축성

이라고 한다. 균질유체는 시스템 내에서 밀도가 일정한 물질을 말하고 체적 등에 변화가

없는 대도 시스템 내에서 밀도가 변하는 물질을 비균질 유체라고 한다.

대표적인 비균질 유체는 바닷물을 예로 들 수 있다.

바닷물의 경우 수심의 깊이에 따라 염분의 밀도가 달라지게 된다.

위 표는 밀도와 관련하여 온도와 압력 등이 어떠한 영향을 미치는지를 나타내 주고 있다.

밀도는 온도에 반비례하고 압력에 비례한다.

비중량이나 SG도 밀도와 같은 특성을 나타 낸다.

​

이상기체란 무엇인가 ?

이상이란 말은 실제 존재하지는 않으나 물리적 역학관계를 설명하기 위해 설정한 개념이라

고 생각하면 된다. 이상기체는 기체 입자간 상호작용으로 충돌만을 가정한 기체를 말한다.

기체간에 기체가 아주 가볍지만 서로 간에 끌어 당기는 만유인력 등이 있는데 이런 것들을

무시한 상태를 가정한다. 이상기체 방정식은

PV = nRuT P = ρ RT 로 나타낸다.

mol은 어떤 특정 물질의 분자량 개수를 말한다. 6 × 1023 개수의 분자량을 말하는데

이를 아보가드로의 분자량 수라고 한다. 이 분자량 수만큼 특정 물질이 있을 때 그 물질의

질량은 분자량 수 [g]이 된다.

​

2. 유체의 압축성

액체는 기체에 비해 분자간의 밀도가 높아 압축성이 크지 않으나 액체에도 압축성이 있다.

위 그림의 오른쪽 위에서 보듯이 액체인 물도 압축현상으로 인해 물망치 현상, 수격작용이 발생한다. 1번 그림처럼 밸브가 잠겨져 있다가 밸브가 열려 물이 공급하는 도중에 3번 처럼

밸브를 잠갔으나 양수펌프가 가동하고 있다고 하면 물에 압력이 가해지게 되는데 압축성이

작은 물질에 압축력을 가하면 그 반발력은 상상을 초월하게 세지게 된다.

유체에 힘이 가해졌을 때 그 유체의 체적변화율을 Ev 즉 체적탄성율이라고 한다.

기체의 경우 체적탄성율이 등온과정과 단열과정으로 나뉜다.

등온과정에서 체적탄성율은 압력으로 나타내고 단열과정에서는 체적 탄성율을 압력P

에 비열비 K를 곱하여 산정한다.

​

#유체 #밀도 #질량 #체적 #비중량 #단위중량 #중력가속도 #이상기체 #이상기체방정식

#아보가드로 #분자량 #몰 #압축성 #비압축성 #수격작용 #체적탄성율

【 목 차 】

1. 분자의 루이스 구조

2. 전자쌍 반발 이론

3. 결합각과 분자의 구조

4. 극성분자와 무극성 분자

5. 분자간 힘

​

1. 분자의 루이스 구조

단계 1. 분자에 있는 전체 원자가 전자의 수를 구한다.

단계 2. 원자 사이를 단일 결합으로 연결한다.

    (중심원자는 수소를 제외하고 전기음성도가 제일 낮은 원자로 정하고 2주기 원소들을

    팔전자 규칙을 만족하도록 결합수를 정한다. 붕소(B)는 예외적으로 전자 결핍이 되고,

     3주기 이상의 원소들은 d오비탈의 영향으로 확장된 팔전자 규칙을 따르기도 한다)

단계 3. 단계1 에서 구한 전체 원자가 전자 수로 부터 결합에 이용한 원자가 전자수를 뺀

     나머지 전자들을 전기 음성도가 큰 말단 원자에 할당하여 팔전자 규칙을 정한다.

단계 4. 단계 3 이후에도 할당되지 않고 남은 전자가 있다면 중심 원자에 배치한다. (중심

     원자가 3주기 이상이면 전자를 8개 보다 많이 가질 수 있다!!!)

단계 5. 만약 중심원자가 팔전자 규칙을 만족하지 못한다면 다중결합을 만든다.

​

▣ 14족 C - 4, 15족 N - 3, 16족 O - 2, 17족 F - 1 이 있다면 이 때 중심원자를 전기

      음성도가 제일 낮은 우너자로 정한다는 것은 위 원소중에서는 탄소(C)가 전기음성도가

      제일 낮으니까 결합을 제일 많이 할 수 있는 원소를 가운데 넣는다.

▣ 팔전자 규칙을 따르는데 예외로 붕소(B)는 최외각 전자껍질의 전자수가 3개 인데 최외

     각 전자가 6개만 있어도 안정을 취하는 특이한 원소이다.

  예 ) SF4

        SF4 ⇒ S : 6개 F4 : 7 × 4 =28, ∴ 6 + 28 = 34 (최외각 전자 합계)

   이 3 원소를 단일결합을 시키자. 단일결합이 2개 이므로 2×2=4, 4개의 전자를 사용했으

   므로 10-4=6, 6개 전자가 남았다. 남은 6개 전자는 전기음성도가 가장 큰 원소를 주라고

   했고 전기음성도는 F-O-N 순이므로 질소(N)에 전자를 배치한다.

   질소(N)에 전자를 배치하고 보니 탄소(C)는 결합수가 4개이어야 하는데 2개 밖에 없으

   므로 질소(N)의 최외각 전자 4개를 이용하여 탄소(C)와 질소(N)간에 공유결합을 한다.

   이렇게 공유 결합을 하면 탄소(C)와 질소(N)간에 3중 결합을 하게 되고 탄소(C)와 질소

   (N) 모두 팔전자 규칙을 만족 시키게 된다.

​

◈ CO2의 분자구조에 대하여 알아 보자.

   CO2 : 원자가 전자수는 C - 1×4, O - 6×2, 합하면 4+12 = 16개이다.

   전자결합수는 C - 4, O - 2 이므로 결합수가 많은 탄소(C)를 중심에 둔다.

   결합수가 2개 이므로 2×2=4, 전자 4개를 사용했으므로 16-4=12개가 남았다.

    전기음성도가 높은 산소(O)에 남은 전자 12를 산소(O)에 배치하여 팔전자 규칙을 만족하

    자. 그런데 이렇게 하면 탄소(C)는 팔전자 규칙을 만족하지 못하여 2개의 산소(O)의 전자

    2개씩 4개를 이용하여 탄소(C)와 산소(O)간 공유결합을 하면 탄소(C)와 산소(O)는 이중

    결합이 되고 둘 다 팔전자 규칙을 만족하고 탄소(C)의 결합수도 맞출 수 있다.

◈ CH4O의 분자구조에 대하여 알아 보자.

    CH4O : 원자가 전자수는 C-4×1, H-1×4, O - 6×1, 합하면 4+4+6 = 14개이다.

    전자결합수는 C - 4, H - 1, O -2 이므로 결합수가 많은 탄소(C)를 중심에 둔다.

    단일 결합이 5개이므로 전자 5×2=10개를 사용했으므로 14-10은 4개 남았다.

    산소의 전기음성도가 가장 크므로 남은 전자 4개를 산소(O)원자에 배치한다.

    이렇게 하면 탄소(C), 수소(H), 산소(C) 모두 결합규칙을 만족하게 된다.

​

◈ C2H2의 분자구조에 대하여 알아 보자.

    C2H2 : 원자가 전자수는 C-4×2, H-1×2, 합하면 8+2 = 10개이다.

    전자결합수는 C - 4, H - 1 이므로 결합수가 많은 탄소(C)를 중심에 둔다.

   단일 결합수가 3개이므로 3×2=6, 6개의 전자를 사용하였으므로 10-6=4, 4개의

   전자가 남는다. 남은 4개 전자를 전기음성도가 큰 탄소(C) 원소에 각각 2개씩을

   배치하면 탄소의 팔전자 규칙을 만족한다. 그런데 탄소의 결합수는 4개이므로

   부족한 4개를 탄소(C) 원자의 최외각 전자 2개씩을 활용하여 탄소(C)-탄소(C)의

   공유결합을 하면 3중 결합을 하게 된다.

​

가. Review : 전자구름 배열 및 분자 모형을 결정하는 단계

   ① 분자 또는 다원자 이온의 Lewis 구조를 그린다.

   ② 중심원자의 전자구름수를 센다.

   ③ VSEPR 모델을 적용하여 전자구름의 기하구조를 결정한다.

   ④ 원자핵 사이를 연결하여 분자의 모양을 결정한다.

​

[루이스 분자 구조와 분자의 모양과 어떤 관계가 있는지 알아 봅시다]

가. CH2O

 ◈ CH2O의 분자모양에 대하여 알아 보자.

      CH2O : 원자가 전자수는 C-4×1, H-1×2, O-6×1 합하면 4+2+6 = 12개이다.

      전자결합수는 C - 4, H - 1, O-2 이므로 결합수가 많은 탄소(C)를 중심에 둔다.

    단일 결합이 3개 이므로 3×2=6, 6개 전자를 사용했으므로 12-6=6, 6개의 전자가 남고

    남은 전자 6개를 전기음성도가 높은 산소(O)에 배치한다. 그런데 탄소의 결합수 4개를

    맞추기 위해 산소의 최외각 전자 2개를 탄소(C)와 공유결합을 하게 되면 탄소(C)와 산소

    (O)는 2중 결합을 하게 된다.

​

    여기에서 중심원자 탄소(C)를 중심으로 전자구름을 보면 중심원자 탄소 주위에 이렇게

    이중결합- 뚱뚱한 전자결합이 하나 있고 단일결합 - 가느다란 전자구름이 2개가 있다.

    결국 탄소 주위에는 3개의 전자구름이 있다. 이들 전자 구름간에는 반발력이 있게 된다.

    이 전자구름간에는 반발력이 작용하여 가장 멀리 있으려고 하고 가장 멀리 있으려면

    평면 삼각형 모양이 되고 아래 그림과 같이 있게 된다.

    전자구름의 기하구조를 결정하려고 하는데 이들간에는 서로 멀리 있으려 하니까 평면

    삼각형 모양이 되고 이 때 이 분자의 모양은 언제나 전자구름을 이렇게 배열해 놓고

    분자의 모양은 원자의 핵과 핵 사이를 결합하는 것이 분자 모양이다.

    따라서 CH2O의 분자모양은 평면 삼각형 모양이 된다.

​

예제) 다음 각 화합물 들에 대해 전자구름의 기하 구조와 분자모양을 정하시오.

  [ SO3 와 ICl4- ]

  ▣ SO3

       SO3 의 원자가 전자수는 S- 6, O3 - 6×3 합하여 6 + 18 = 24 이다.

       황(S)보다 산소(O)가 전기음성도가 크므로 S보다 O가 위에 있게 되므로 S를 중심에 둔다.

    단일 결합이 3개 이므로 3 × 2 =6, 6개 전자를 사용하였으므로 24 - 6 = 18, 18개의 전

    자가 남는다. 남은 전자 24개를 전기음성도가 높은 높은 산소(O) 원자 3개에 배치한다.

    그런데 이렇게 되면 황(S)은 최외각 전자가 6개 밖에 되지 않는다. 이를 해결하기 위하여

    산소(O) 원자 3개 중 하나의 원자의 최외각 전자 2개를 이용하여 황(S)와 산소(O)간의

    공유결합을 하는데 사용한다. 따라서 황(S)와 산소(O)간에 이중결합 하나가 생긴다.

    이런 구조상에서 분자의 모양을 결정하라 하면 분자 모양은 전자의 구름형태를 본다고

    했다. 중심원자의 황(S)를 중심으로 보면 전자구름은 3개가 된다. 전자구름 간에 반발력

    이 있어 서로 멀리 떨어져 있으려고 하니까 평면 삼각형 모양이 된다.

    즉, 분자모양은 원자 핵과 핵 사이의 평면 삼각형이 된다.

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▣ ICl4-

    ICl4- 의 원자가 전자수는 I 아이오딘에 Cl 이 4개 있고 마이너스(-) 이온이다.

    이런 경우 아이오린이 마이너스(-), 아이오딘은 제일 바깥 껍질의 전자가 7개이다. Cl은

    원래 제일 바깥 껍질의 전자가 7개인 원소가 4개 있다. 그런데 이것이 마이너스(-) 이온화

    되었다고 하니까 전자가 하나 더 있는 것이다.

    그러므로 원자가 전자수는 C-7, Cl4 - 7×4+1 합하여 7+29 = 36개가 된다.

    여기에서 I 와 Cl 을 비교해 보면 전기 음성도가 F - Cl - Br - I 순이므로 Cl이 I 보다 전기

    음성도가 크다. 그러므로 I 가 중심원자가 되어야 한다.

    남은 전자 28개를 전기 음성도가 높은 Cl에 배치를 하면 28-24=4개의 전자가 남게 된다.

    그런데 남은 전자 4개는 마이너스(-) 이온에 의하여 들어 온 전자는 중심원자에 들어가야

    한다. 왜냐하면 Cl은 7개가 단일 결합하는 방법 밖에 없기 때문이다.

    I 와 Cl간 단일 결합을 하면 결합수가 4개 이므로 4×2=8, 8개의 전자를 사용했으므로

    36-8=28개의 전자가 남게 된다.

    남은 전자 28개를 전기음성도가 높은 염소(Cl) 원자 4개에 배분한다.

    이제 남은 전자 4개를 중심원자 아이오딘(I) 에 배치한다. 아이오딘(I) 은 5주기 원자이므

    로 중심원자에 전자를 배치할 수 있다. 3주기 이상의 원소에는 전자가 들어 갈 영역이 넓어

    서 남은 전자를 중심 원자에 줄 수 있다.

    전자 구름을 보면 평면 사각형 전자구름이 있고 또한 아이오딘(I) 위 아래에 전자구름이 있

    는 모양이 된다. 아이오딘(I) 위 아래에 전자구름은 분자 모양을 나타낼 때는 나타나지 않는

    다. 분자모양은 원자핵과 핵 사이의 관계를 나타내는 것이기 때문이다.

    따라서 분자 모양은 평면 사각형 모양이 된다.

나. 중심원자 주위의 전자구름 배열

▣ 분자의 모양은 위 그림과 같은 모양이다. 중심원자를 중심으로 주변에 결합이 2개 있으

    면 직선형 모양이 되고 3개면 삼각평면형, 4개면 정사면체, 5개면 3개는 평면 삼각형을

    이루고 2개는 위·아래 쪽으로 삼각뿔 형태를 이룬다. 삼각쌍뿔의 경우에는 평면삼각형

    의 경우 내각이 120°를 이루는데 위·아래 삼각뿔은 평면과 90°의 각도를 이룬다.

    따라서 평면은 넓게 퍼져 있어 반발력이 적게 작용한다. 이렇게 전자구름의 반발력이 차

    이가 있어 결합각이 큰 곳에 비공유 전자쌍이 있기 좋고 더 좋은 것은 위·아래 각도가

    90° 에 들어가도 좋다. 이것이 바로 '전자쌍 반발이론'이다.

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다. 전자구름 배치 vs 분자 모양

  ▣ 중심 원자 주위의 전자구름 (결합과 고립 전자쌍 또는 홀전자)의 배열인 전자구름 기하

      구조와 결합된 원자의 배열인 분자의 모양은 다르다 !!!)

  ▣ 분자 모양의 결정법

    ① 분자의 루이스 구조를 그린다.

    ② 중심원자 주위의 전자구름을 VSEPR 이론에 맞춰 배치한다.

    ③ 분자를 구성하는 원자의 핵들을 연결하여 분자모양을 결정한다.

    ※ 전자 구름이 고립 전자쌍인 경우에는 결합각이 작아져서 반발력이 커질 수 있다.

CH4 의 경우에는 전자구름 4개가 모두 단일 결합으로 정사면체로 결합각이 모두 109.5°

로 동일하다. NH3는 삼각뿔 형태로 위에 비공유 전자쌍이 있어 가느다란 전자쌍이 비공유

전자들을 끌어 당겨 결합각이 109.5°에서 107°로 줄어든다.

H2O는 넓게 펼쳐진 비공유 전자쌍이 2개가 있다. 비공유 전자쌍은 공유전자쌍에 끌어 당

겨져서 결합각이 104.5°로 줄어든다.

분자의 모양이 굽은 모양이 되는 이유는 분자의 모양은 핵과 핵 사이를 연결하는 선이다.

비공유 전자쌍이 있는 곳은 전자 구름이 있어서 이 공간에는 다른 전자가 들어 오지 못하게

하는 공간의 영역을 나타내지만 실제 분자의 모양은 핵과 핵 사이를 연결한 선이 분자의

모양이기 때문에 연결선 2개가 만들어지는 굽은 모양의 평면이 존재하게 되는 것이다.

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3. 결합각과 분자 구조

가. 5개의 전자구름 : PCl5, SF4, ClF3, I3-

 ◈ PCl5

   인(P)은 최외각 전자가 5개, 염소(Cl)는 최외각 전자가 7개인데 원자가 5개 이므로

   전체 최외각 전자수는 5 + 7 × 5 = 40 개가 된다.

   결합수가 많은 P를 중심에 둔다.

  ▣ 5개의 전자구름은 평면 삼각형 위·아래에 전자구름이 있는 형태이다. 이런 분자구조를

      '삼각쌍뿔'이라고 한다.

  ▣ 결합각 90°가 120° 보다 반발력이 더 세게 작용하므로 결합각 90°에 있는 염소(Cl)이

       더 멀어져서 "정몇몇면체"가 아니고 삼각쌍뿔이라고 한다.

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◈ SF4

   S는 최외각 전자가 6개이고 F는 4개 이므로 결합수 4개를 하면 S의 비공유 전자 2개가

    남는다. 따라서 비공유 전자쌍이 1개가 남게 된다.

     전자쌍 중 가느다란 공유전자쌍 보다 뚱뚱한 비공유 전자쌍이 반발력이 크다.

   비공유 전자쌍이 큰 반발력으로 공유 전자쌍을 옆으로 밀어서 치우친 전자쌍이 된다.

   이런 모양을 '시소형'이라고 한다.

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◈ ClF3

   최외각 전자가 Cl은 7개이고 F가 3개가 결합하니까 단일결합은 3개이고 Cl의 비공유

   전자쌍은 2개가 된다.

  평면 삼각형에 있는 비공유 전자쌍 2개가 공유 결합 전자 구름을 밀게 된다. 분자 모양은

  원자 핵과 핵 사이를 연결하는 것이므로 공유 전자쌍 연결선이므로 굽은 T자형이다.

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◈ I3-

  I는 최외각 전자가 7개인데 마이너스(-) 이온이므로 전자가 하나 더해져서 8개가 된다.

  이것은 I- 와 I2 가 결합한 형태가 된다. 따라서 단일 결합 1개, 비공유 전자쌍이 3개 된다.

  이 분자 모양은 평면 4각형에 위·아래에 수소(H) 단일결합이 있고 모두 결합각이 90°가

  된다. 분자 모양은 정팔면체가 된다.

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◈ BrF6

  Br은 최외각 전자가 7개이며 F5 와 결합을 하니까 단일결합이 5개, 비공유 전자쌍이 1개가 있다.

  비공유 전자쌍은 위·아래 어디에 두어도 되는데 아래에 표기하는 것이 편하여 아래에 둔다.

  이 분자 구조는 사각뿔이라고 하는데 비공유 전자쌍이 평면 사각형 공유전자쌍 구름을

  위로 밀어 올리게 된다.

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◈ XeF4

   Xe는 제논이라고 해서 비활성 기체이다.

   비활성 기체 (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn) 중에서 He, Ne, Ar은 안정된 기체로 반응을 하지

   않지만 Kr은 전자껍질이 4개, Xe은 전자껍질 5개, Rn은 전자껍질 6개이어서 플로우린

   처럼 반응성이 큰 물질과는 반응을 하게 된다.

   제논(Xe)은 최외각 전자가 8개이고 F4와 결합을 하므로 단일 결합이 4개, 비공유 전자쌍

   이 2개가 된다.

    분자 모양은 평면 사각형이고 위·아래에 비공유 전자구름이 있게 된다.

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다. 분자유형과 기하구조의 관계

라. 이상적인 결합각과 편차

  ▣ 특정 전자구름은 다른 전자 구름 보다 이웃전자들과 더 잘 반발하기 때문에 이상적인

       결합각에서 벗어날 수 있음

  ▣ 고립 전자쌍은 결합전자쌍 보다 더 많은 공간(space)을 차지하여 반발력이 더 큼

  ▣ 다중 결합은 더 높은 전자밀도를 갖기 때문에 단일 결합 보다 반발력이 큼

4. 극성 분자와 무극성 분자

가. 분자의 기하구조와 극성

  ▣ 쌍극자 모멘트는 동일한 화학식을 갖지만 원자의 기하구조가 다른 분자(기하이성질체)

      를 구별하는 기준이 될 수 있다.

  예) 다이클로로 에틸렌 (C2H2Cl2)

  ※ 수소결합은 분자간의 결합이지만 마치 플러스(+), 마이너스(-) 이온 결합과 같이

     분자간의 결합이 매우 강하다.

  ▣ 수소가 전기음성도가 매우 큰 원소 (F,O,N) 들과 결합하면 전기음성도가 큰 F,O,N

      원자가 수소의 전자를 당기므로 수소의 양성자 값이 +0.85에서 +0.9 정도가 된다.

      이런 수소 옆에 비공유 전자쌍을 갖고 있는 F, O, N이 있으면 F, O, N의 마이너스(-)

      는 -0.8 ~ 0.85 정도가 된다. 이 때 수소(H)와 F, O, N이 서로 당겨져서 결합하는 것을

      수소결합이라고 하는데 이는 마치 이온 결합처럼 결합의 강도가 매우 강하다.

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라. 분산력

  ▣ 분산력의 크기는 분자내에서 전자들이 얼마나 유동적인가에 의존

  ▣ 큰 분자가 더 쉽게 편극될 수 있어 더 큰 순간 쌍극자와 유발 쌍극자를 가지며 전체적으

      로 더 큰 분자간 인력을 나타냄

  ▣ 분산력은 무극성 분자들 사이에만 작용하는 것이 아니라 모든 분자들 사이에서 작용