분자 궤도함수 이론(MO 이론)이 루이스 구조보다 더 적합한 사례는 어떤 경우인가요?

Question

안녕하세요. 분자 이론을 통해서는 자석에 결합하는 성질인 상자성과 자석을 밀어내는 성질인 반자기성을 설명할 수 있다고 하던데요, 분자 궤도함수 이론(MO 이론)이 루이스 구조보다 더 적합한 사례는 어떤 경우인가요?

Answer 1

안녕하세요. 네, 질문해주신 것과 같이 분자 구조는 루이스 구조로도 설명 가능하고, 분자 궤도함수 이론으로도 설명할 수 있는데요, 우선 루이스 구조는 전자쌍의 공유와 옥텟 규칙을 기반으로 화학 결합을 단순하게 설명할 수 있어 직관적이고 유용하지만, 전자 배치가 더 복잡한 경우나 자기적 성질·분광학적 성질을 설명할 때에는 한계가 있습니다.

분자 궤도 함수 이론으로 설명 가능한 대표적인 특성이 자기적 성질인데요, 루이스 구조로는 산소 분자가 왜 자석에 끌리는 상자성을 보이는지 설명할 수 없습니다. 하지만 MO 이론으로는 반결합성 궤도에 홀전자 두 개가 존재함을 알 수 있고, 이것이 상자성의 원인임을 명확하게 설명할 수 있습니다. 또한 결합 차수와 결합 세기의 미묘한 차이를 설명할 때 유용한데요, 예를 들어, O2, O2+, O2- 같은 분자 이온들의 결합 길이와 안정성은 루이스 구조로는 구체적으로 예측하기 어렵지만, 그러나 MO 이론을 적용하면 전자의 채워짐 상태에 따라 결합 차수를 정량적으로 계산할 수 있고, 따라서 결합 길이와 세기를 비교적 정확히 설명할 수 있습니다. 감사합니다.