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형식 전하 및 혼성화 계산기
요약: 분자나 이온을 입력하면 모든 원자의 형식 전하를 FC = V − N − B/2로 계산하고, 비공유 전자쌍, 입체수, 혼성화(sp, sp², sp³, sp³d, sp³d²), 전자 기하 구조, 모양, 대략적인 결합각을 알려 줍니다. 무료이며 웹 브라우저에서 바로 작동하고 다운로드가 필요 없습니다.
SMILES 문자열을 붙여 넣거나, NO3- 또는 SO4^2- 같은 화학식을 입력하거나, 예제를 고르세요. 표에는 원자마다 원자가 전자, 비공유·결합 전자, 계산 과정이 포함된 형식 전하, 입체수, 혼성화, 주변 모양이 표시됩니다.
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형식 전하 직접 확인
직접 그린 루이스 구조의 원자 하나에 대해: 원소를 고르고, 결합한 원자 수, 결합 수(이중 결합은 2), 비공유 전자쌍 수를 세세요.
형식 전하와 혼성화 공식
형식 전하 FC = V − N − B/2 V = 원자가 전자, N = 비결합 전자, B = 결합 전자
입체수 SN = (결합한 원자 수) + (비공유 전자쌍 수) 2 → sp, 3 → sp², 4 → sp³, 5 → sp³d, 6 → sp³d²
주족 원소의 V는 족 번호의 일의 자리입니다(C = 4, N = 5, O = 6, 할로젠 = 7). 비공유 전자쌍 하나는 비결합 전자 2개입니다. 단일 결합은 결합 전자 2개, 이중 결합은 4개, 삼중 결합은 6개를 더합니다. 모든 원자의 형식 전하를 더하면 전체 전하가 됩니다.
입체수, 혼성화, 모양
| 입체수 | 혼성화 | 전자쌍 기하 구조 | 모양 (비공유 전자쌍 0, 1, 2…) | 예 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | 직선형 | 직선형 (180°) | CO₂의 C, HC≡CH |
| 3 | sp² | 평면 삼각형 | 평면 삼각형 (120°), 굽은형 | C=O의 C, NO₃⁻의 N, O₃의 중심 O |
| 4 | sp³ | 정사면체형 | 정사면체형 (109.5°), 삼각뿔형 (≈107°), 굽은형 (≈104.5°) | CH₄, NH₃, H₂O |
| 5 | sp³d | 삼각쌍뿔형 | 삼각쌍뿔형, 시소형, T자형, 직선형 | PCl₅, SF₄, ClF₃, I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | 정팔면체형 | 정팔면체형, 사각뿔형, 평면 사각형 | SF₆, BrF₅, XeF₄ |
π 결합 옆의 비공유 전자쌍
이중 결합(또는 빈 p 오비탈) 옆에 비공유 전자쌍이 있는 질소나 산소는 보통 그 전자쌍을 p 오비탈에 두어 비편재화합니다. 그러면 단순 계산으로는 4가 나오더라도 그 원자는 sp²이고 평면입니다. 예: 아마이드·아닐린·피롤의 N, 에스터·퓨란·페놀의 O, 카복실산 이온의 O⁻. 도구는 이런 원자에 별표를 표시합니다.
풀이 예제
암모늄 이온, NH₄⁺
N: V = 5, 비공유 전자쌍 없음, N–H 결합 4개 (B = 8).
FC = 5 − 0 − 8/2 = +1. σ 결합 4개, 입체수 4.
N은 +1, sp³, 정사면체형 (109.5°)
오존, O₃
중심 O: 비공유 전자쌍 1개, 이중 결합 1개와 단일 결합 1개 (B = 6): 6 − 2 − 3 = +1. 단일 결합한 끝의 O: 6 − 6 − 1 = −1.
중심 O +1, sp², 굽은형 (≈117°)
사이안화 이온, CN⁻
C: 비공유 전자쌍 1개, 삼중 결합 (B = 6): 4 − 2 − 3 = −1. N: 비공유 전자쌍 1개: 5 − 2 − 3 = 0.
전하는 C에 있음; 두 원자 모두 sp
나이트로메테인, CH₃NO₂
N: 비공유 전자쌍 없음, B = 8: 5 − 0 − 4 = +1. O⁻: 6 − 6 − 1 = −1. N=O 결합 두 개로 쓰면 N의 전자가 10개가 되므로 허용되지 않습니다.
N +1 (sp²), O 하나 −1, CH₃ 탄소 sp³
황산 이온, SO₄²⁻ (JEE / NEET 유형)
S=O 두 개와 S–O⁻ 두 개로 쓰면: S = 6 − 0 − 12/2 = 0, 각 O⁻ = −1. 모두 단일 결합인 옥텟 형태에서는 S = +2입니다.
S는 sp³, 정사면체형; 합계 −2
아세트아마이드, CH₃CONH₂
N: 비공유 전자쌍 1개와 σ 결합 3개이므로 단순 계산은 4(sp³)입니다. 비공유 전자쌍이 C=O π 결합 옆에 있어 비편재화됩니다.
아마이드 N은 sp², 평면
흔한 실수
- 결합 전자 대신 결합 수를 세는 실수. B가 아니라 B/2(결합 수)를 쓰세요. 이중 결합은 B/2에 2를 더합니다.
- 비공유 전자쌍을 잊는 실수. N은 비결합 전자 수이므로 비공유 전자쌍 하나는 2로 셉니다.
- 이중 결합을 영역 두 개로 세는 실수. 입체수에서 이중·삼중 결합은 영역 하나입니다.
- N이나 O에 전자를 8개보다 많이 주는 실수. 2주기 원자는 옥텟을 확장할 수 없습니다. 나이트로기는 N(=O)=O가 아니라 N⁺–O⁻로 쓰세요.
- 아마이드나 아닐린의 N을 sp³라고 하는 실수. 콘주게이션된 비공유 전자쌍은 p 오비탈에 있으므로 이 원자들은 sp²입니다.
- 형식 전하와 산화수를 혼동하는 실수. 둘은 전자를 세는 규칙이 다르며 보통 값도 다릅니다.
제대로 그려 보세요. 무료 MolDraw 편집기에서 구조를 열어 비공유 전자쌍, 형식 전하, 화살표를 추가하고, 노트와 슬라이드용 PNG 또는 SVG로 내보내세요.
MolDraw 편집기 열기자주 묻는 질문
형식 전하는 어떻게 계산하나요?
FC = V − N − B/2를 사용하세요. V는 자유 원자의 원자가 전자 수, N은 그 원자의 비결합(비공유 전자쌍) 전자 수, B는 그 원자 주위의 결합 전자 수입니다. 질산 이온의 N: FC = 5 − 0 − 8/2 = +1.
CO2에서 각 원자의 형식 전하는 얼마인가요?
O=C=O에서 세 원자 모두 형식 전하가 0입니다. 탄소: 4 − 0 − 8/2 = 0. 각 산소: 6 − 4 − 4/2 = 0. 탄소는 sp 혼성이며 분자는 직선형입니다.
원자의 혼성화는 어떻게 구하나요?
입체수를 세세요: 결합한 원자 수 + 비공유 전자쌍 수입니다. 2 = sp, 3 = sp², 4 = sp³, 5 = sp³d, 6 = sp³d². 이중·삼중 결합은 하나로 셉니다. π 결합 옆의 비공유 전자쌍은 보통 p 오비탈에 있으므로 그 원자는 sp²가 됩니다.
아마이드의 질소는 왜 sp3가 아니라 sp2인가요?
질소의 비공유 전자쌍이 C=O π 결합 옆에 있어 그쪽으로 비편재화(공명)됩니다. 겹치려면 비공유 전자쌍이 p 오비탈에 있어야 하므로 질소는 sp²이고 평면입니다. 아닐린, 피롤, 엔아민의 질소도 마찬가지입니다.
형식 전하는 산화수와 같은가요?
아니요. 형식 전하는 결합 전자를 똑같이 나눈다고 가정합니다. 산화수는 결합 전자가 모두 전기음성도가 더 큰 원자로 간다고 가정합니다. CO2에서 탄소의 형식 전하는 0이지만 산화수는 +4입니다.
루이스 구조가 여러 개일 때 어느 것이 가장 좋은가요?
형식 전하가 0에 가장 가깝고, 음의 형식 전하가 전기음성도가 더 큰 원자에 있으며, C, N, O 같은 2주기 원자에 전자가 8개를 넘지 않는 구조를 고르세요.
형식 전하의 합은 이온의 전하와 같나요?
네. 모든 원자의 형식 전하를 더하면 전체 전하가 됩니다. 황산 이온 SO4 2−에서는 합이 −2, 암모늄 이온 NH4+에서는 +1입니다.
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전체 가이드 읽기: 형식 전하와 혼성화 계산 방법.
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