비극성(무극성) 분자의 정의와 예

비극성(무극성) 분자의 정의와 예

 

비극성 또는 무극성 분자(Nonpolar molecule)는 전하의 치우침(분리)가 없기 때문에 상대적인 +극(양전하)과 -극(음전하)이 형성되지 않는 분자를 의미합니다. 즉, 비극성 분자의 전하는 분자 전체에 걸쳐 고르게 분포되어 있거나 또는 전하의 치우침에 대칭성이 있어 분자 내에서 완전히 상쇄되는 특징이 있습니다. 비극성 분자는 같은 특성을 가지는 비극성 분자끼리 서로 잘 섞이는(용해되는) 경향이 있습니다.

 

이와 반대로 극성 분자는 분자 내에서 전하의 치우침이 존재하여 분자 내에 상쇄되지 않는 +극(양전하)과 -극(음전하)가 형성되는 분자를 의미합니다. 비극성 분자와 마찬가지로, 극성 분자는 물과 같은 극성 분자와 서로 잘 섞이는(용해되는) 경향이 있습니다.

 

극성 작용기와 비극성 작용기가 한 분자 내에 동시에 존재하는 양친매성(양극성, amphiphilic) 분자도 있습니다. 이런 양친매성 분자들은 극성과 비극성을 모두 가지고 있기 때문에 일반적으로 서로 잘 섞이지 않는 물질(물과 기름)들을 섞이게 만들어주는 좋은 계면 활성제의 역할을 할 수 있습니다.

 

물과 기름이 섞이지 않는 이유

엄밀히 완전히 비극성인 분자는 단원자(single atom)로 이루어진 경우에만 가능하며 대부분의 분자는 완전히 비극성이거나 완전히 극성이 아닌, 어느정도의 극성을 가지는 상태로 존재합니다.

 

분자의 극성을 결정하는 요인

 

어떤 분자의 극성이 큰지 또는 작은지는 분자를 구성하는 원자 사이에 형성된 화학 결합의 유형을 살펴보면 예측할 수 있습니다. 결합을 이루는 두 원자의 전기음성도 값에 큰 차이가 있다면 결합을 이루는 전자는 두 원자 사이에 똑같이 공유되지 않고 한쪽으로 치우치게 됩니다. 즉, 전자는 전기음성도가 큰 원자에 더 많이 치우쳐 존재하게 됩니다. 따라서 전기음성도가 큰 원자는 상대적으로 -극(음전하)이 형성되고 전기음성도가 더 작은 원자는 이와 반대인 +극(양전하)을 가지게 됩니다.

 

복잡한 분자의 모양과 극성을 점과 선인 쌍극자 모멘트로 표현하면 이를 단순화 할 수 있습니다. 기본적으로 분자의 전기음성도에 차이가 있어도 쌍극자 모멘트가 서로 상쇄되면 그 분자는 비극성 분자입니다. 이와 달리 쌍극자 모멘트가 상쇄되지 않으면 분자는 극성 분자라고 할 수 있습니다. 

 

전기음성도(Electronegativity)의 뜻과 개념

 

비극성 분자의 예

같은 원자로 이루어진 비극성 분자의 예로는 산소(O₂), 질소(N₂) 등이 있습니다. 서로 다른 원자로 이루어진 비극성 분자에는 이산화탄소(CO₂), 메탄(CH₄) 등이 있습니다. 이산화탄소의 경우 탄소와 산소 사이의 전기음성도 차이가 분자의 극성을 유발하기에 충분히 크지만 분자의 구조가 선형(linear)을 가지며 서로 반대 방향의 쌍극자 모멘트가 완전히 상쇄되기 때문에 비극성 분자로 분류됩니다. 다만 일산화샅소의 경우 분자의 극성이 상쇄되지 않기 때문이 극성이 존재하는 극성 분자가 됩니다.

 

알칸과 같은 대부분의 탄소 화합물은 비극성 분자로 물에 용해되지 않습니다. 또한 단원자로 구성된 비활성기체(아르곤, 헬륨, 네온, 크립톤 등) 또한 비극성 물질로 간주됩니다.

 

비활성기체