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삼원자 분자

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목차

1. 개요

삼원자 분자는 세 개의 원자로 구성된 분자이다. 분자 진동은 삼원자 분자의 특수한 경우에 결정될 수 있으며, 대칭 선형 분자는 비대칭 종진동, 대칭 종진동, 대칭 횡진동의 세 가지 주요 진동 모드를 갖는다. 삼원자 분자는 구성 원자의 종류에 따라 동핵 삼원자 분자와 이핵 삼원자 분자로 나눌 수 있으며, 동핵 삼원자 분자는 동일한 원자 3개로 구성되고 이핵 삼원자 분자는 서로 다른 종류의 원자 세 개로 구성된다. 삼원자 분자는 선형, 굽은형, 고리형 구조를 가질 수 있다.

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삼원자 분자
개요
종류분자를 구성하는 원자의 수가 3개인 분자
구조
선형 분자이산화 탄소(CO2)
사이안화 수소(HCN)
이황화 탄소(CS2)
산화 질소(N2O)
아산화 질소(N2O)
굽은 분자물(H2O)
황화 수소(H2S)
이산화 황(SO2)
오존(O3)
이온
종류수소화 다이아자이드 양이온(N5H2+)
삼수소 양이온(H3+)

2. 분자 진동

삼원자 분자의 진동 모드는 특정한 경우에 결정될 수 있다. 오존, 물, 이산화탄소, 사이안화 수소 등이 삼원자 분자의 예시이다.

2. 1. 대칭 선형 분자

대칭 선형 분자 ABA는 세 가지 주요 진동 모드를 갖는다.

  • 비대칭 종진동의 진동수:

:\omega_a=\sqrt{\frac{k_1M}{m_Am_B}}

  • 대칭 종진동의 진동수:

:\omega_{s1}=\sqrt{\frac{k_1}{m_A}}

  • 대칭 횡진동의 진동수:

:\omega_{s2}=\sqrt{\frac{2k_2M}{m_Am_B}}

위 식에서 ''M''은 분자의 총 질량, ''mA'' 및 ''mB''는 원소 A와 B의 질량, ''k1'' 및 ''k2''는 분자의 축 방향 및 수직 방향의 힘 상수(용수철 상수)이다.

3. 유형

삼원자 분자는 구성 원자의 종류에 따라 동핵 삼원자 분자와 이핵 삼원자 분자로 나눌 수 있다.

오존, O3


트리수소 양이온, H3+

3. 1. 동핵 삼원자 분자

동핵 삼원자 분자는 동일한 종류의 원자 3개를 포함한다. 이 분자는 해당 화학 원소의 동소체가 될 것이다.

오존(O3)은 모든 원자가 동일한 삼원자 분자의 예시이다. 삼원자 수소(H3)는 불안정하며 자발적으로 분해된다. 트리수소 양이온(H3+)은 그 자체로 안정하며 대칭적이다. 헬륨 삼합체(4He3)는 반 데르 발스 힘에 의해 약하게 결합되어 있으며 에피모프 상태에 있다.[1] 트리설퍼(S3)는 오존과 유사하다.

3. 2. 이핵 삼원자 분자

오존, 물, 이산화탄소, 사이안화 수소는 이핵 삼원자 분자의 예시이다.

4. 기하학적 구조

삼원자 분자는 선형, 굽은형, 고리형 중 하나의 형태로 분류할 수 있다.

4. 1. 선형 분자 구조

선형 삼원자 분자는 중심 원자의 ''sp'' 또는 ''sp3d'' 혼성화에 기인하여 기하 구조를 갖는다. 이산화 탄소(CO2)와 사이안화 수소(HCN)가 잘 알려진 선형 삼원자 분자이다.[1]

이플루오린화 제논(XeF2)은 중심 원자에 비결합 전자쌍을 갖는 선형 삼원자 분자의 희귀한 예 중 하나이다.[1]

4. 2. 굽은형 분자 구조

굽은형 분자 구조를 가지는 삼원자 분자의 예시는 다음과 같다.

4. 3. 고리형 분자 구조

오존은 고리형 분자 구조를 가진 삼원자 분자이다.

참조

[1] 논문 Observation of the Efimov state of the helium trimer 2015-04-30
[2] 논문 Observation of the Efimov state of the helium trimer 2015-04-30


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