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그림은 탄소의 원자 궤도함수가 어떻게 하여 이웃하는 원자 3개와 삼각형결합을 하는지를 보여주고 있다. 이 그림의 첫 부분은 그림과 정확히 같다. 그러나 이제는 단지 3개만의 궤도함수를 연결시켜 세 개의 동등한 sp2 혼성궤도함수를 만든다. 이 궤도함수들은 한 평면상에 놓이게 되며 정삼각형의 각 꼭지점을 향하게 된다.

그들 사이의 각도는 120도인데, 이렇게 함으로써 각 궤도함수에 있는 전자의 반발력을 최소화할 수 있다. 원자가 전자 세개는 세 sp2 궤도함수에 각각 들어가게 되고 네 번째 원자가전자가 2p 궤도함수, 즉 sp2 혼성궤도함수와 수직인 궤도함수에 들어가게 된다.

이제 두 sp2 혼성탄소들이 합쳐져 이중결합을 만들 때 어떤 일이 일어나는지 살펴보자. 이 과정은 단계적으로 일어난다고 볼 수 있다. 두 결합 중 하나는 sp2 궤도함수 간에 끝과 끝이 연결되어 생긴 시그마결합이다. 이중결합 중 나머지 결합은 조금 다르게 형성된다. 

두 탄소의 p 궤도함수가 서로 나란히 정렬되면 그림의 아랫부분에 나타낸 바와 같이 횡적 겹침이 일어날 수 있다. 이러한 p 궤도함수의 횡적 겹침에 의해 형성된 결합을 파이결합이라고 부른다.

이중결합의 회전은 제한을 받는데 그 이유는 회전이 일어나기 위해서는 그림에서 보는 바와 같이 파이결합이 "끊어져야" 하기 때문이다. 에틸렌에서 파이결합을 끊는 데는 62kcal 의 에너지가 소요되는데, 이는 상온에서 얻을 수 있는 열에너지보다 훨씬 크다. 파이결합이 유지된 상태에서는 각 탄소의 sp2 궤도함수는 같은 평면에 놓이게 된다. 

시그마결합의 두 전자는 핵간 축을 따라 놓이게 되고 파이결합의 두 전자는 두 탄소와 그들에 연결된 4개의 원자로 이루어지는 평면을 중심으로 위와 아래에 놓이게 된다.

유기화학은 우리들의 일상에 영향을 미치고 있다. 우리 몸은 유기화합물로 되어 있으며 또 이에 둘러싸여 있다. 생명체에 있어서 거의 모든 반응은 유기화합물을 포함하고 있으며, 적어도 물리적인 관점에서 유기화학을 알지 못하고서는 생명을 이해하는 것이 불가능하다. 

생명체의 주요 구성분인 단백질, 탄수화물, 지질, 핵산, 세포막, 효소, 호르몬 등은 유기물질이다. 이외의 다른 종류의 유기화합물에는 가솔린, 오일, 자동차 타이어, 의류, 가구에 이용되는 나무, 책을 만드는 종이, 우리가 먹는 의약품, 플라스틱 용기, 카메라 필름, 향료, 카페트, 직물 등이 있다. 어떤 이름이고 대보면 그것이 유기물일 가능성이 크다.

매일 신문이나 TV에서 우리는 폴리에틸렌, 에폭시, 스티로폼, 니코틴 등을 언급하는 것을 접할 수 있다. 이 모든 용어는 유기물질과 관련된 것이다. 이 책에서 우리는 이러한 물질과 기타 더 많은 것에 대해 공부할 것이다. 간단히 말해서, 전문적인 화학자 또는 장차 내과의사, 치과의사, 수의사, 약제사, 간호사 또는 농업전문가가 되려는 학생들에 있어서 유기화학은 과학의 한 분야 이상의 의미를 갖는다.

왜 자당은 섭씨 185도에서 녹는데, 염화소듐은 이보다 훨씬 더 높은 섭씨 801도에서 녹는가? 왜 이 두 물질은 물에 잘 용해되는 반면 올리브 오일은 그렇지 않은가? 왜 뷰틸산메탈이라는 분자는 사과 냄새가 나는 반면, 이와 원자 수가 같은 아세트산 프로필이라는 분자는 배 냄새가 나는가?

이러한 질문에 답하기 위해서는 원자가 서로 어떻게 결합하고 상호작용하는지를 이해해야 한다. 결합이란 각종 물질의 구조, 물리적 성질, 화학적 거동을 이해하는 핵심이다. 아마도 여러분은 결합과 관련 개념에 대하여 기초화학 과정에서 이미 공부한 적이 있을 것이다. 

모양이 서로 다른 여러 궤도함수는 s,p,d 등 의 문자로 나타낸다. 궤도함수는 1,2,3 등의 숫자로 나타내는 껍질 안에 모여있다. 

리튬핵은 +3 양전하를 갖는 반면 베릴룸은 +4 양전하를 갖는다. 따라서 리튬에서 전자를 제거하는 것이 베릴륨에서보다 더 적은 에너지가 소요된다. 리튬이 베릴륨보다 전자를 더 잘 내주므로 리튬이 더 전기양성인 원자이다.

그림을 보면 남.북반구에서 다같이 등온선은 동서로 연결되어 있어 동일 위도상의 지역들은 거의 같은 양의 태양열을 흡수하고 있음을 알 수 있다. 또한 각 위도별 연간 태양열 흡수량은 저위도에서 고위도로 갈수록 감소하며 따라서 연간 기온은 적도에서 극으로 갈수록 낮아진다. 

해안을 따라 등온선이 굴곡을 형성하는 것은 육지와 바다의 불균등한 가열 및 냉각 속성, 그리고 해류 및 용승에 부분적으로 기인한다. 예컨대 남, 북미주의 서해안에서는 해류가 찬물을 적도 쪽으로 이동시키고 바람은 해안선과 평행하게 되어 적도 쪽으로 분다. 이 같은 상황으로 찬물의 용승이 발생, 해안가를 냉각시킨다.

북위 40도 이상의 북대서양 동부에서는 멕시코 만류와 북대서양 편류의 영향으로 등온선이 극 쪽으로 굽어 있다. 이 해류는 더운물을 극쪽으로 이동시킨다. 세계 평균 최고 기온은 북반구의 아열대 사막에서 발생한다. 이 곳에서는 아열대 고기압으로 발생한 침강대기가 대체로 맑은 하늘과 낮은 습도를 형성한다.

여름에는 높이 뜬 태양이 비교적 불모의 땅에 작열한다. 한편 세계 평균최고 기온은 고위도 지방의 큰 대륙에서 발생한다. 세계에서 가장 추운 곳은 남극이다. 연중 태양이 지평선 밑에 위치하는 때도 있다. 태양은 지평선 위로 올라와도 낮게 떠서 지상을 가열하기에는 미약하다. 따라서 남극은 일년 내내 눈과 얼음으로 덮여 있다. 눈과 얼음은 지상에 도달하는 태양광선의 80%를 반사한다.