형태

형태

다른 표기 언어 conformation , 形態

요약 한 분자 내에서 단일결합을 중심으로 원자단들이 회전하여 수없이 생기는 원자의 공간적인 배열상태.

2개의 다원자단이 단일 공유결합으로 결합되어 있고 각 원자단에서 이 단일 결합축을 따라서 존재하지 않는 원자가 하나 이상 있는 분자의 경우 다른 형태가 존재할 수 있다. 이런 분자 가운데 가장 간단한 것으로는 과산화수소 분자를 들 수 있는데, 이 경우 산소-산소 결합축을 중심으로 두 히드록시기가 서로 회전할 수 있다. 프로판(CH3-CH2-CH3) 분자같이 이런 단일결합이 하나 이상 있는 분자의 경우는 단지 그 현상이 복잡해질 뿐 그 특성은 변하지 않는다.

프로판(CH3-CH2-CH3)
프로판(CH3-CH2-CH3)

시안(N≡C-C≡N)이나 부타디인(H-C≡C-C≡C-H) 같은 분자에서는 모든 원자들이 중심 단일 결합축 위에 놓여 있기 때문에 구별되는 형태는 존재하지 않는다. 분자구조 내에서 서로 다른 부분들 사이의 거리에 따라 변하는 인력이나 척력의 작용 때문에, 일반적으로 한 분자에서 서로 구별되는 모든 형태는 퍼텐셜 에너지가 다르다.

만약 이러한 힘이 작용하지 않으면 모든 형태의 에너지는 같게 되고 따라서 단일결합을 중심으로 한 회전은 완전히 자유롭고 제한을 받지 않게 될 것이다. 또 그 힘이 강하다면 서로 다른 형태들은 에너지상으로 또는 안정도 면에서 차이가 많이 나기 때문에 분자는 보통 안정한 상태(낮은 에너지 상태 중의 하나)에 있게 되고 두 안정한 형태 사이에 존재하는 불안정한 형태까지 도달해 이를 뛰어넘을 수 있을 정도의 충분한 에너지를 흡수해야만 다른 안정한 상태로 전이할 수 있게 된다. 예를 들어 에탄의 분자 내 힘은 매우 약하기 때문에 엔탈피나 엔트로피 같은 열역학적인 성질의 미묘한 영향에 의해서도 그 존재형태가 결정된다(에탄에서 내부회전이 매우 제한되어 있다 해도 3가지의 가장 안정한 형태는 서로 구별할 수 없음).

그러나 이보다 더 복잡한 화합물의 분자구조는 회전에 필요한 에너지 장벽이 매우 높아서 형태만 다른 입체이성질체들을 서로 분리할 수 있을 만큼 충분히 안정하다.