분자 궤도 이론에 따르면 O₂ 분자가 상자성을 띠는 이유는 무엇인가요?

Question

안녕하세요. 기존의 원자가 전자 결합 이론으로는 분자에 자기적인 성질은 설명할 수 없는데요, 분자 궤도 이론에 따르면 O₂ 분자가 자석에 달라붙는 상자성을 띠는 이유는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 말씀해주신 것처럼 O₂ 분자가 상자성을 띠는 이유는 분자 궤도 이론으로만 설명이 가능한데요, 원래 일반적인 원자가 결합 이론(VB)에 따르면 산소 분자는 O=O 이중 결합을 가지며, 모든 전자가 짝을 이루고 있으므로 반자성을 보여야 하는데요, 그러나 실제 실험에서는 O₂가 자석에 강하게 끌리는 상자성을 띤다는 사실이 관찰되었고, 이 모순을 해결하는 것이 바로 분자 궤도 이론입니다.

산소의 경우 π(2p_x)와 π(2p_y) 궤도에 전자가 하나씩 홀전자 상태로 들어가게 되는데요, 즉, O₂ 분자 내에는 짝지어지지 않은 전자가 2개 존재하게 되고, 이 전자들이 외부 자기장에 반응하여 자석에 끌려가는 상자성을 나타내는 것입니다. 정리해보자면 O₂ 분자가 상자성을 띠는 이유는, 분자 궤도 이론에 따라 π* 반결합 궤도에 전자가 홀전자 상태로 들어가기 때문이며, 이 홀전자들이 외부 자기장과 상호작용하여 자석에 끌려가기 때문입니다. 감사합니다.