이전에 작성한 '중등 화학 임용 전공 주요 5과목 배점 분석'이라는 글에서 언급한 적이 있다.
무기화학에서는 '대칭성과 분자 구조, 고체화학, 배위화학, 유기 금속' 등이 출제되는 경향이 있다고 말이다.
만약 중등 화학 임용을 준비하는데 아직 그 글을 읽지 않았다면, 먼저 읽고 오는 것을 추천한다.
출제되는 경향이 있는 부분들 중에서
'대칭성과 분자 구조'부분을 이야기할 때 가장 기본적인 개념이 있다.
바로 이번 글에서 다룰 '점군'이다.
아, 점군을 처음 들어볼 수 있다.
점군은 '대칭성이 비슷한 모양들을 모아서 그룹 지어둔 것'이라 생각하면 편하다.
무기화학에서 착물을 아주 다양하게 형성할 수 있다.
근데 이 물질들이 일부분(리간드 등)만 다를 뿐 모양이 비슷한 것들이 엄청 많다.
구조가 비슷한 것이다.
그러면 '이 비슷한 것들을 모아서 한 번에 생각하면 조금 더 쉽지 않을까?'라는 발상으로 만든 게 점군이다.
구조가 비슷하다면, 구조에 따른 특징들이 동일할 것이라고 예상되기 때문이다.
분자가 어떤 점군을 가지고 있느냐에 따라
어떤 가약 표현을 가지고 있는지는 물론이고,
IR 활성 여부, Raman 활성 여부 등도 알 수 있다.
이미 과학자들이 정리해둔 지표표를 통해서 말이다.
임용 시험에서 복잡한 지표표의 경우는 제시해 준다.
물론 기본적인 지표표는 외우는 것을 추천하긴 한다.
어쨌든 점군을 통해 많은 정보를 얻을 수 있다.
따라서 점군을 찾는 것이 무기화학에서 정말 중요하다.
위에서 언급한 IR 활성, Raman 활성이라는 단어들은
점군 찾는 연습부터 하고 이후에 공부하면 된다.
알고 싶지 않아도 알게 될 것이다.
점군을 잘 찾는 방법은 하나 뿐이다.
많은 분자들의 점군을 찾아보는 것.
당연히 검색이 아니라 직접 파악해보는 것을 의미한다.
추가적으로, 점군을 찾기 위해서는 분자의 구조를 알아야 한다.
위에서 언급했듯이, 구조가 비슷한 것들끼리 묶어둔 것이 점군이다.
그러면 분자 구조가 어떤지 알아야, 점군을 결정할 수 있다.
분자 구조는 VSEPR에 따라 그리면 된다.
시간이 된다면 이 부분도,,, 언젠가,,,
위 글들을 모두 잘 습득했다고 전제하고 진행한다.
[무기화학] VSEPR 0단계 (루이스 구조식)
점군을 결정하기 위해서는 분자의 모양을 정확히 알아야 한다. 분자 모양에 따라 점군이 달라지기 때문이다. 루이스구조식과 VSEPR을 활용해서 분자모양을 파악하고, 분자 모양을 통해서 점군을
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[무기화학] VSEPR 1단계 (입체수 결정)
점군을 결정하기 위해서는 분자의 모양을 정확히 알아야 한다.분자 모양에 따라 점군이 달라지기 때문이다. 이미 VSEPR을 마스터해서 다음 스텝인 점군을 알고 싶다면 다음 글을 참고하자.이번
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[무기화학] VSEPR 2단계 (분자 구조 결정)
점군을 결정하기 위해서는 분자의 모양을 정확히 알아야 한다.분자 모양에 따라 점군이 달라지기 때문이다.이미 VSEPR을 마스터해서 다음 스텝인 점군을 알고 싶다면 다음 글을 참고하자. [무
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우선 점군을 어떻게 찾는지부터 알아보자. 점군은 아래 순서대로 찾는다. 처음에 연습할 때에는 아래 과정대로 찾는 것을 추천한다. 점군 찾기에 익숙해졌다면, 무의식 중에 아래 과정을 따르든, 축약된 버전을 따르든, 어떻게든 점군을 찾고 있을테니.
가장 먼저 대칭성이 낮은 군과 높은 군은 먼저 구분해둔다. 사실 우리가 찾아야 하는 대부분의 점군들은 대칭성이 적지도, 많지도 않은, 그 외의 것들이다.
대칭성이 적지도 많지도 않은 분자인 것 같다는 생각이 들면, 가장 높은 치수의 회전축을 찾는다. 이 축을 주축이라 부른다. C2보다는 C3가, C3보다는 C4가 더 높은 치수의 회전축, 주축이다.
가장 높은 치수의 회전축을 찾았다면, 그 축에 수직인 C2가 존재하는지 찾는다. 이 C2는 있을 수도, 없을 수도 있다. 만약 주축에 수직인 C2가 있다면 이 분자는 D군, 없다면 C 또는 S군이다.
이후 분자가 Cn축(주축)에 수직인 거울면(σh)을 찾는다. 이 σh도 있을 수도 있고, 없을 수도 있다. 만약 주축에 수직인 거울면이 있다면 Cnh 또는 Dnh이다. 만약 없다면 이후 과정을 따른다.
분자가 Cn축(주축)을 포함하는 거울면(σv 또는 σd)이 있는지 찾는다. 거울면이 있으면 Cnv 또는 Dnd로 구분된다. 거울면이 없으면 D군의 경우 Dn으로, C 또는 S군의 경우 다음 단계를 따른다.
Cn축(주축)에 일치하는 S2n축이 있으면 분자는 S2n점군에 속하고, 그렇지 않으면 Cn으로 분류된다.
여기까지 읽었다면 무기화학을 좋아하거나, 무기화학을 해야하거나 둘 중 하나일 것이다. 어떤 상황이든 괜찮다. 결국엔 점군을 찾을 수 있을 것이다. 단, 다음 분자들의 점군들을 찾는다면 말이다.
우선 간단한 분자들부터 해보자.
H2O
NH3
CH4
CH3+
CH3-
C3H4
BCl3
B2H6
B3H8
N2
SO2
CO2
PF5
BrF4-
BrF5
XeF4
IF2-
SF2
SF4
SF6
IOF3
ICl2-
ICl4-
IF7
ClF3
ClO2F3
N2F4
XeO3F2
NO2+
NO3-
NO43-
H2O2
위의 분자들의 점군을 순서대로 찾아도 좋고, 시간날 때 잠깐씩 들러서 바로 보이는 분자들의 점군을 찾아도 좋다. 바로 보이는 분자들의 점군을 찾을 때에는 최대한 겹치지 않는 분자들을 택하도록 하자. 이후 글에서 하나씩 위 과정대로 점군을 찾아보도록 하겠다.
* 수정해야 할 개념, 혹은 표현이 있다면, 댓글에 달아주시면 감사하겠습니다. *
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