결합 쌍극자 모멘트 문서 원본 보기

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'''결합 쌍극자 모멘트'''({{lang|en|bond dipole moment}})는 [[화학]]에서 [[전기 쌍극자 모멘트]]의 개념을 사용해 [[분자]] 내 [[화학결합]]의 [[극성 (화학)|극성]]의 정도를 나타내는 척도이다. 분자의 이온성과 전기음성도차를 측정하는 데 유용하다. 화학에서 쓸 때는 간단히 '''쌍극자 모멘트'''({{lang|en|dipole moment}})라 부르기도 한다.

== 정의 ==
+q의 전하량을 가지는 양전하와 -q만큼 전하량을 가지는 음전하로 이루어진 간단한 [[계 (물리학)|계]]의 경우 결합 쌍극자모멘트 μ는 다음과 같이 정의한다.
:<math>\mu = q  d</math>
여기서 d는 두 [[전하]] 사이의 거리이다. 이는 [[전기 쌍극자모멘트]]에서와 같은 정의이다.

좀 더 화학적인 [[계 (물리학)|계]]를 생각해보자. 이원자 분자에서는 각 원자에 있는 [[전자]] 하나의 '''전하분율'''이 δ라고 하면 결합 쌍극자모멘트의 식에 나오는 전하량은 [[부분전하]]
:<math>q = e \delta</math>
가 되고 결합 쌍극자모멘트는 다음과 같이 정의된다.
:<math>\mu = e \delta d</math>
여기서 d는 결합의 결합길이, e는 전하의 전하량이다. 이러한 경우의 결합 쌍극자는 +eδ — eδ- 와 같이 생각할 수 있다.

:'''결합 쌍극자'''({{lang|en|bond dipole}})란 [[화학결합]]을 한 두 원자 사이에서 상대적으로 [[전기음성도]]가 더 큰 원자가 다른 원자의 전자를 끌어오는것에 의해 생기는 [[쌍극자]]를 말한다. 두 원자의 전기음성도 차가 커지면, 결합의 [[극성 (화학)|극성]]이 커지고, 결합 쌍극자모멘트 또한 커진다.

그리고, 결합 쌍극자 모멘트는 [[결합축]]에 [[평행]]한 음전하에서 양전하 방향을 가리키는 [[벡터 (물리)|벡터]]로 생각할 수 있다.<ref name="jsd" >[http://www.av8n.com/physics/electric-dipole.htm The Electric Dipole Moment Vector : Direction,Magnitude, Meaning, Etc.]</ref>  (몇몇 화학자는 결합 쌍극자모멘트 벡터를 반대 방향, 즉, 양전하 방향에서 음전하 방향으로 그리기도 한다.  하지만, 이는 단지 규약의 차이일 뿐이므로 둘을 섞어쓰는 실수를 하지 않는다면 크게 문제가 되지 않는다.)<ref name="jsd" />

복잡한 분자의 총 결합 쌍극자모멘트는 각각 결합의 결합 쌍극자모멘트의 [[벡터합]]으로 근사할 수 있다. 결합 쌍극자모멘트가 알려지지 않은 분자의 경우 값을 구하기 위해 위 과정의 역과정을 이미 결합 쌍극자모멘트의 값이 알려진 분자에 대해 적용하기도 한다. 이를 통해, 여러 결합의 결합 쌍극자모멘트의 값을 구할 수 있고, 이를 다시 재조합 하면 모르는 분자의 결합 쌍극자모멘트의 값을 근사할 수 있기 때문이다.

== 단위 ==
결합 쌍극자모멘트의 SI단위는 '''쿨롱-미터''', '''C·m'''이다. 하지만 이 단위는 분자에서 사용하기엔 너무 크기 때문에 '''[[디바이]]'''({{lang|en|debye}}), '''D'''란 단위를 사용한다. D와 SI단위와의 관계는 다음과 같다.
:<math>1 \; \mathrm{D} = 3.336 \times 10^{-30} \; \mathrm{C \cdot m}</math><ref>Oxtoby, 일반화학교재연구회 역, 《현대일반화학 제5판》, 자유아카데미, p.97.</ref>

보통 간단한 이원자 분자의 경우, 결합 쌍극자모멘트의 크기는 0에서 11D 정도까지 나온다. 극한적인 예로, 대칭적인 분자인 [[염소 (원소)|염소]], Cl<sub>2</sub>의 경우 쌍극자모멘트가 없고, [[기체|기체상]]의 [[브롬화 칼륨]], KBr은 강한 이온성 분자로 10.5D나 되는 결합 쌍극자모멘트를 가진다.<ref>''Physical chemistry'' 2d Edition (1966) G.M. Barrow McGraw Hill</ref>

== 결합 쌍극자모멘트를 이용한 결합의 이온성 측정 ==
결합의 [[이온성]]은 다음과 같이 측정할 수 있다. [[이온결합]]의 경우, 각 전하가 원자에 최대한 분배된 경우, 즉 δ = 1인 경우로 근사할 수 있다. 따라서 결합길이 d에 전하량 q를 곱한값 μ<sub>ion</sub>
:<math>\mu_{\mathrm{ion}} = q d</math>
와 전기적 방법이나 [[분광학|분광학적]] 방법을 통해 측정된 실제 쌍극자 모멘트의 값 μ<sub>exp</sub>을 비교함으로써 결합의 이온성 I를 측정할 수 있다.
:<math>I = {\mu_{\mathrm{exp}} \over \mu_{\mathrm{ion}} }</math>
I의 값이 1에 가까울수록 결합은 [[이온결합]]에 가깝고, 0에 가까울수록 결합은 [[공유결합|비극성 공유결합]]에 가깝다.

== 같이 보기 ==
* [[극성 (화학)|극성]]
* [[전기 쌍극자모멘트]]
* [[전기 음성도]]

== 각주 ==
<references />

[[분류:화학 결합]]
[[분류:물리화학]]