답변드립니다.
우선 VSEPR(Valence Shell Electron Pair Repulsion)은 분자 구조에 대하여 과학자들이 정리해놓은 이론입니다. 우선 VSEPR theory는 분자를 구성하는 전자쌍들(bonding pair, lone pair) 사이에는 반발력(repulsion)이 존재하고 이러한 repulsion이 작아질 수록 안정한 구조가 될 수 있다는 것을 설명한 것입니다. 예를 들어 CO2가 linear 한 구조인 것을 VSEPR이론을 설명을 한 것입니다. VSEPR theory때문에 linear 것은 아니구요 즉 다시 말하면 VSEPR은 과학자들이 현상을 이해하기 위해 연구한 결과로 제시한 것이며 우리는 그 이론에 대하여 "그런 내용이구나"를 이해하면 그 다음부터는 동일한 구조에 대해서 같은 방법을 적용하면 되는 것입니다.
VSEPR을 적용하기 위해서는 우선 Lewis structure 를 작성해야 합니다. 그리고 루이스구조에 따른 분자의 기하구조 판단법을 알고 있어야 합니다. 분자를 눈으로 보고 판단하는 것이 아니기 때문입니다.
CO32-의 구조에서 C와 O의 결합은 polarity가 있습니다. (결합에는 dipole moment가 있습니다.) 이 분자는 루이스구조를 작성하였을 때 AX3 type의 molecule이고 이 때 C와 O의 결합에서 double bond의 위치는 아래의 세 가지 경우가 있지만 이들은 resonance의 구조로 물론 다른 구조이지만 에너지적으로 모두 동등한 구조를 의미합니다. O에 표현된 -1은 각각 formal charge를 의미하는 것이고 타당한 루이스구조에서 일반적으로 electronegativity가 큰 element에 (-), electronegativity가 작은 element에 (+)의 formal chage가 형성됩니다.
VSEPR을 적용한 polarity의 판단은 charge가 있는가 없는가가 아니라 molecule의 geometry와 symmetricity를 적용하는 것입니다. 아래의 구조에서 각각의 결합에는 앞서 언급한 것처럼 polarity가 있습니다. C에 비해 O의 electronegativity가 더 크므로 bonding pair는 O로 끌려가 있고 O에는 lone pair까지 있기 때문에 상대적으로 O는 negative charge를 가지고 C는 positive charge를 가집니다. 이를 δ+, δ-로 표현한다는 것은 알고 계실 것입니다. 이 때 AX3 type의 molecule은 trigonal planar structure를 가지는 데 bonding pair 끼리의 반발력이 최소화된다는 것을 알아낸 것입니다. 우리는 이것을 알고 AX3 type은 trigonal planar 구조라는 것을 알고 만약 X가 모두 같은 element라면 각 X를 이어주면 삼각형이 되고 중심각은 모두 각각 120o임을 알고 있어야 한다는 것입니다.
CO32-에서 각 결합의 polarity는 O로 향해있지만 각각이 120o각도로 trigonal planar 구조로 대칭성(symmetricity)이 있기 때문에 마치 정지한 물체를 120o각도로 동일한 힘으로 당기면 그대로 정지하는 즉 힘을 모두 가하지 않은 것과 같은 효과이므로 각각의 결합에 존재하는 dipole moment가 cancel out되어 전체 문제는 polarity를 가지지 않습니다.
CO2 는 Lewis structure를 작성하면 linear 구조이며 C를 중심으로 양쪽에 O가 있습니다. 위와 마찬가지고 C와 O사이에는 결합의 polarity가 있지만 C와 O의 결합 전자쌍(bonding pair)들 사이에 반발력이 최소화되는 것은 180o각도로 있으면 될 것이 예측가능합니다. 물론 이 역시 관찰결과를 설명하는 것입니다.
따라서 정지하고 있는 물체를 동일한 힘으로 양쪽으로 당기는 효과이므로 마찬가지로 cancel out되어 전체적으로 molecule은 polarity가 없습니다.
CO는 electron pair가 대칭성이 있을 수 없습니다.
물론 formal charge의 관점에서는 독특한 물질이기는 합니다. 단순히 결합에서 두 element가 다르니 결합에는 polarity가 존재하고 cancel out될 수 없기 때문에 여전히 dipole moment가 있습니다. 따라서 이 moleule은 polar molecule이 됩니다.
이 단원은 Lewis structure를 잘 그리고 이를 VSEPR에 적용하여 geometry를 판단하고 이러한 geometry를 설명할 수 있는 hybrid orbital에 대하여 함께 이해를 하는 것이 좋습니다.
KNO3에서 고체일 때는 K+와 NO3-가 electrostatic force에 의해 붙어있으므로 charge를 띤 자유롭게 움직이는 입자가 없습니다. 물에 넣었을 때에는 dissolve 되며 K+와 NO3-가 형성되므로 자유로운 입자가 존재하고 그 입자들은 charge를 가지므로 electric current가 있습니다.
