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포르말데하이드 (H₂C=O)

프로펜 (H₂C=C=CH₂)

이 분자의 결합 궤도를 그림으로 나타낸 거야. 먼저 이게 왜 이렇게 생겼는지

아주 기초부터 편하게 설명할게요.

1단계: 탄소(C)의 전자배치부터 시작

탄소의 원자번호는 6 → 전자배치는 이렇게 돼:

1s² 2s² 2p²

여기서 중요한 건 두 번째 껍질, 즉 2s와 2p 궤도야.

탄소는 두 번째 껍질에 총 4개의 전자가 있어. 이 4개가 결합에 쓰이는 전자들이야!

2s → 둥근 모양의 궤도 (전자가 2개)

2p → 바나나 모양 3개 (px, py, pz에 전자가 각각 1개, 1개, 0개)

하지만 탄소는 4개의 결합을 만들 수 있어야 해 (대표적으로 CH₄ 같은 애들). 그러기 위해 똑같은 궤도 모양을 만드는 게 바로…

2단계: 혼성화가 등장!

**혼성화 (Hybridization)**는 말 그대로 s랑 p 궤도를 섞는 거야!

탄소는 상황에 따라 궤도를 이렇게 바꿔 써:

혼성화 형태

만드는 궤도

결합 개수

각도

예시

sp³

1s + 3p → 4개

단일 결합 4개

약 109.5도 (사면체)

메탄 CH₄

sp²

1s + 2p → 3개

이중 결합 1개 + 단일 2개

120도 (평면)

에틸렌 CH₂=CH₂

sp

1s + 1p → 2개

삼중 결합 or 2중 연속 이중결합

180도 (직선)

아세틸렌 HC≡CH, CO₂

3단계: 그림 (1) H₂C=O 설명

H₂C=O = 포르말데하이드는 C=O 이중 결합이 있어.

어떤 혼성화? → sp²

탄소는 수소 2개와 산소랑 결합함 → 3개 결합

그러면 sp² 혼성화 (평면구조, 120도)

궤도 정리:

σ(시그마) 결합: sp² 궤도끼리 겹쳐서 생김 → H-C, C=O 중 1개

π(파이) 결합: 남은 p궤도끼리 옆으로 겹쳐서 생김 → 이게 이중결합의 두 번째 결합

그래서 그림에 보면:

C는 세 개의 큰 연두색 "잎사귀" 모양 sp² 궤도를 가짐

그 중 2개는 수소랑, 1개는 산소랑 겹쳐서 σ결합

그리고 위아래로 퍼진 빨간색 바나나 모양이 π 결합용 p궤도

4단계: 그림 (2) H₂C=C=CH₂ 설명

이건 프로펜 (아니고 부타디엔 구조 비슷한 구조임). C=C=C, 즉 이중결합이 두 개 연속이야.

어떤 혼성화? → 모두 sp²

각 탄소가 3개씩 결합을 만들고 있으니 전부 sp² 혼성화

궤도 정리:

가운데 탄소는 양쪽 C랑 이중결합 → sp² 혼성화

바깥 탄소도 수소 2개 + C 1개와 결합 → sp²

그래서:

모두 σ 결합은 sp²끼리

π 결합은 p 궤도끼리 옆으로 겹침 (그림의 위아래 회색 구름)

이 구조는 특이하게도 π 전자가 delocalized (비편재화) 될 수도 있어서 나중에 공명이나 전도성에 큰 역할을 해!

초3 비유 마무리

탄소는 “팔이 4개”가 있는 친구야. 그런데 궤도라는 장갑이 다 제각각이면 불편해서 → 비슷한 장갑으로 바꿔 끼는 게 혼성화!

s는 둥글고, p는 바나나 모양인데 이걸 섞어서 sp² 같은 뾰족한 장갑으로 바꿔 껴서 같이 손잡고 결합하는 거야.

σ결합은 “정면에서 악수”하는 결합이고,

π결합은 “팔을 벌려서 옆에서 끌어안는” 결합이야!

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