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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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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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