분자의 공유결합

실험목적

원자가 전자를 공유하여 결합이 이루어지는 원리를 슈뢰딩거 방정식의 수치해석으로 이해한다.

이론

분자결합

원자는 100여종 밖에 없지만 자연계는 이루 헤아릴 수 없을만큼 다양한 물질이 존재한다. 이는 같은 원자나 서로 다른 원자가 결합한 분자로 존재하기 때문이다.

분자는 원자가 두 개 이상 결합해서 이루어진 물질로 그 결합이 강하기 때문에 마치 하나의 물질인것처럼 행동한다. 경우에 따라 그 구성 원자의 성격을 물려받은 것도있지만 경우에 따라 전혀 새로운 성질을 가지고 나타나기도 한다.

이렇게 원자가 분자를 형성하는 것은 기본적으로 분자의 형성에서 에너지를 방출하기 때문이다. 즉, 분자가 원자보다는 일반적으로 더 안정된 상태에 있는 것이다.

분자가 형성되는 과정은 대체로 각각의 원자의 기본적인 성질로부터 이해할 수 있다. 예를 들어 소금(NaCl)은 1족의 나트륨(Na)의 바깥전자가 떨어져 나와 염소(Cl)의 바깥 버금껍질에 비어있는 한 자리를 채우기 때문인데 이는 나트륨과 염소의 전자배치 상황으로부터 쉽게 해석해 낼 수 있다.

기본적으로 분자가 형성되는데는 각 원자의 모든 핵과 모든 전자가 총체적으로 관여하는 일이겠지만 원자들이 먼저 형성되고 다음으로 원자에서 약간의 변화가 일어나고, 그 다음으로 이들이 결합하여 분자가 형성되는 것으로 해석해 낸다. 이로부터 분자가 이루어지는 것를 이온결합과 공유결합으로 나눌 수 있게 된다. 앞에서 예를 든 소금은 이온결합의 대표적인 예가 된다. 즉 이온결합은 한 원자는 전자를 잃어서 + 이온이 되고, 다른 원자는 전자를 얻어서 - 이온이 된다. 그리고 이들 + 와 - 이온이 결합을 한다. 한편 공유결합은 두 원자 사이에서 몇몇 전자가 두 원자에 공통으로 소속되면서 안정된 상태를 이루는 것으로 수소분자(H₂)가 대표적인 예이다.