분자 오비탈 도해 그리기: 5단계 가이드

분자 오비탈 도해는 재능이 아니라 절차로 그린다

MO 도해는 겁먹게 생겼다 — 그리스 문자, 에너지 사다리, 여기저기 화살표. 하지만 모두 같은 다섯 단계로 만들어진다. 시험 채점은 이지형이다: 전자가 올바른 준위에 있거나 없거나. 절차를 한 번 익히면 H2도 O2도, 그 사이 모든 이원자 분자도 저절로 그려진다.

이 가이드는 다섯 단계를 끝까지 밟고 두 가지 정통 예시에 적용한다.

시작 전 준비물

• 분자의 원자가 전자 수 (H는 1, C는 4, N은 5, O는 6 기여)
• 결합 차수 공식: (결합성 전자 − 반결합성 전자) / 2
• 연필 — 전자는 단계 사이에서 움직이므로 준위를 먼저 연하게 그린다

1단계: 원자가 전자 세기

두 원자의 원자가 전자를 더한다. H₂는 2, N₂는 10, O₂는 12, F₂는 14, He₂는 4. 합계를 맨 위에 쓴다 — 나중에 그리는 모든 화살표가 정확히 이 수가 되어야 한다.

2단계: 원자 오비탈 사다리 그리기

좌우에 각 원자의 원자가 오비탈을 짧은 가로줄로 그린다 — 2주기 이원자 분자라면 각 쪽에 2s 한 줄과 2p 묶음(세 줄, 보통 한 준위로 그림). 양쪽은 완전히 같은 높이로.

3단계: 가운데 분자 오비탈 쓰기

두 사다리 사이에, 원자 오비탈 각 쌍마다 결합성 준위와 반결합성 준위를 하나씩 그리고 반결합성에는 별(*)을 붙인다. 순서가 중요하다: O₂와 F₂에서는 σ2p가 π2p 아래에 있지만, B₂부터 N₂까지는 순서가 뒤집혀 π2p가 σ2p 아래에 있다. 이 뒤집힘이 MO 도해에서 가장 자주 시험되는 디테일이다.

4단계: 아래부터 준위 채우기

전자를 작은 화살표로 가장 낮은 준위부터 더한다(구성 원리). 축퇴 준위에서는 짝짓기 전에 각 준위에 하나씩 놓는다(훈트 규칙), 짝은 위아래 화살표 하나씩으로 그린다(파울리 원리). O₂에서 두 π*2p 준위는 결국 각각 위화살표 하나씩으로 끝난다 — 이 두 홀전자가 "산소는 왜 상자성인가"의 답이다.

완성된 두 도해와 대조해 보라:

5단계: 결합 차수 계산과 자성 예측

결합성 전자와 반결합성 전자를 세고 공식을 적용한다. H₂: (2−0)/2 = 1. O₂: (8−4)/2 = 2. 결합 차수 0 — He₂의 (2−2)/2 = 0 — 은 분자가 존재하지 않음을 뜻한다. 홀전자가 하나라도 있으면 상자성, 없으면 반자성이다.

흔한 실수

1. N2의 준위 순서 오류 — B2, C2, N2에서는 π2p가 σ2p 아래. O2부터 원래대로 돌아온다.
2. 전자 수 흔들림 — 마치기 전에 화살표 총수를 1단계 합계와 다시 센다.
3. 축퇴 준위에서 너무 일찍 짝짓기 — 홀전자를 먼저 두 π 준위에 흩뿌린다.
4. 공식에서 반결합성 전자 누락 — 결합 차수에는 두 수가 다 필요하다.
5. σ와 σ 혼동* — 별 붙은 것이 반결합성. 더 높게 자리하며 결합에서 빼진다.
6. 그림만 그리고 끝 — 시험은 대개 결합 차수나 자성을 묻는다.

요약표

인쇄용 체크리스트

제출 전에 이 목록을 확인하라:

• 원자가 전자 합계를 세어 맨 위에 썼다
• 양쪽 원자 오비탈 사다리가 완전히 같다
• 원자 오비탈 각 쌍에 결합성·반결합성 준위가 모두 있다
• 분자에 맞는 준위 순서(O2 이전의 π2p/σ2p 뒤집힘)
• 전자는 낮은 준위부터, 홀전자는 흩뿌린 뒤 짝, 짝은 반대 스핀
• 화살표 총수가 1단계 합계와 일치한다
• 결합 차수를 공식으로 계산해 적었다
• 홀전자로 자성을 예측했다

MO 도해가 빨리 필요한가요?

답을 확인하거나 손그림을 아예 건너뛰고 싶다면 — 분자 이름만 말하면 AcaDraw가 수정하고 내보낼 수 있는 교과서 스타일 MO 도해를 생성합니다. 분자 오비탈 도해 생성기 페이지에서 시작하세요. 결합의 첫 그림은 루이스 구조 생성기에서.

참고 자료

• OpenStax Chemistry 2e, 8.4 Molecular Orbital Theory
• LibreTexts Chemistry