[일반화학] 『원자구조와 주기성 그리고 오비탈』에 대하여

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[일반화학] 『원자구조와 주기성 그리고 오비탈』에 대하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

I. 전자기 복사

II. 물질의 성질

III. 수소 원자 스펙트럼

IV. Bohr의 모형

V. 원자의 파동 역학적 모형

VI. 오비탈
VII. 원자 성질의 주기적 경향

본문내용

고 있다.
3s 전자에 대한 내부 전자의 반발력은 핵과의 인력을 효과적으로 감소시킨다.
내부전자들이 3s전자를 핵전하로부터 가로막고 있다 또는 차단하고 있다고 말한다.
만일 열 개의 내부 전자가 완전히 효과적으로 가로막고 있다면
Z유효는 11 - 10 = 1이 되어야 한다. 그러나 Z유효는 1.84로 계산되었다.
③이것은 가로막기 효과가 완전하지 못함을 뜻한다. 그 이유는?
비록 3s 전자는 핵과 먼 곳에서 대부분의 시간을 보내지만 핵과 아주 가까운 거리에서도 작지만 약간의 확률을 가지고 존재할 수 있다. 따라서 나트륨의 3s 전자는 열 개의 핵심부 전자속으로
뚫고 들어 간다고 말할 수 있다. 이 침투효과에 의해 가로막기 효과는 감소되면 따라서 3s 전자의 Z유효의 값이 증가한다.
차폐핵전하(Shielded nuclear charge)
어떤 전자가 원자의 핵으로부터 거리에 따라 다르게 감지하는 핵전하
전자에 의하여 감지되는 평균 차폐핵전하를 유효핵전하라 한다.
7. 가로막기와 침투효과의 개념
침투효과
비록 3S 전자는 핵으로부터 멀리 떨어진 곳에서 대부분 발견되지만 핵 근처까지 아주 적으나
약간의 확률로 존재할 수 있다. 3S 전자는 내부 전자의 가로막기 효과를 뚫고 침투할 수 있다.
가로막기(차단)
내부전자들이 3S전자를 핵전하로부터 가려막거나(screen) 혹은 차폐(shield) 한다.
VII. 원자 성질의 주기적 경향
이온화에너지, 원자반지름, 전자 친화도
1. 이온화에너지
기체상태의 원자나 양이온에서 전자 한 개를 떼어내는데 필요한 에너지
X(g) → X+(g) + e
이온화에너지의 특성
Al(g) → Al+(g) + e I1 = 580kJ/mol
Al+(g) → Al2+(g) + e I2 = 1815kJ/mol
Al2+(g) → Al3+(g) + e I3 = 2740kJ/mol
Al3+(g) → Al4+(g) + e I4 = 11,600kJ/mol
①첫 번째 이온화 에너지(I1): 원자에서 에너지가 가장 높은 전자를 제거하는데 필요한 에너지
②에너지 변화가 가장 큰 것은 I3와 I4 사이이다
I4가 핵심부 전자를 제거하기 때문이다. 왜냐하면 핵심부 전자들은 원자가전자보다 핵에
훨씬 더 세게 결합되어 있다.
cf)핵심부전자 : 최외각 껍질이 아닌 내부껍질에 있는 전자
같은족 : 원자번호가 증가함에 따라 작아짐
에너지 준위가 높을수록 전자를 떼어내기 쉽다. 핵과 전자사이의 정전기적 인력이 약하기 때문
같은 주기 : 원자번호가 증가함에 따라 대체로 커짐
같은 주기에서는 원자번호가 증가함에 따라 핵의 전하량이 커지므로 핵과 전자사이의
정전기적 인력이 커지므로 전자를 떼어내기가 힘들다
에너지의 증가를 살펴보면 각 주기마다 불규칙한 곳이 있다. 그 이유는?
①4Be 와 5B의 경우
4Be의 전자배치 1s2 2s2, 5B의 전자배치 1s2 2s22p1으로 B의 2p 전자는 Be의 2s 전자보다 에너지 가 높고 핵에서 멀리 있으므로 2s전자보다 떼어내기 쉽다
②7N 와 8O의 경우
7N의 전자배치 1s2 2s22px12py12pz1 로 2p 전자배치가 같으므로 안정하여 전자 1개를 떼어 내기
어려우나 8O의 전자배치는 1s2 2s22px22py12pz1이므로 2px의 전자 1개를 떼어내기 쉽다.
풀이) 인의 원자가전자배치 : 3s23p3, 황의 원자가 전자배치 : 3s23p4 이다.
황의 네 번째 전자는 이미 채워진 p 궤도함수에 들어가 짝을 이룬다. 이 결과로 생긴 여분의 반발력 때문에 예상보다 황의 전자를 더 쉽게 제거시킬 수 있다.
2. 전자친화도(Electron affinity)
한 개의 전자가 기체 원자에 첨가될 때 수반되는 에너지 변화
X(g) + e- → X-(g) + energy
유효핵전하가 충분히 커서 부가된 전자가 핵에 끌리기 때문에 일어난다
전자 친화도는 같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록 음의 값이 커지는 경향(많은 에너지가 방출)을 보여주지만 몇 가지 예외가 있다.
예)N에 한 개의 전자를 가할 때 C 보다 더 적은 에너지를 방출한다.
이유? 전자배치로서 설명
N(1s22s22p3)에 한 개의 전자가 들어가 N- 이온(1s22s22p4 )이 될 때 이 여분의 전자는 이미 절반 이 채워진 2p 궤도함수에 들어가 짝을 짓게 된다. 이들 짝지은 두 전자 사이에 있는 여분의 반발력
때문에 C(1s22s22p2)에 전자가 들어가 C-이온(1s22s22p3)이 될 때 보다 더 적은 에너지가 방출된다.
같은 족에서 아래로 내려갈수록 원자핵과 전자 사이의 거리가 점점 멀어지기 때문에 전자 친화도는 더 큰 양의 값(방출에너지가 감소)을 가진다.
3. 원자반지름
원자반지름 : 화합물에서 원자 사이의 거리를 측정하여 정하고 있다.
같은족: 원자번호가 증가 할수록 전자껍질의 수가 증가하기 때문에 원자반지름이 커진다.
같은 주기 : 원자번호가 증가할수록 핵의 양(+)전하가 증가하기 때문에 핵과 전자사이의
인력이 커져서 원자반지름이 감소한다.
이온반지름
양(+)이온 반지름 감소
(+)이온에서는 핵의 양(+)전하량이 전자의 음(-) 전하량보다 많아서 전자를 강하게 끌어당기기
때문에 반지름이 감소한다.
음(-)이온 반지름 증가
(-)이온에서는 핵의 전하량에는 변화가 없으나, 전자가 들어감에 따라 전자사이에 반발력이
증가하여 반지름이 증가한다.
따라서,
금속의 이온 반지름 < 금속의 원자 반지름
비금속의 이온 반지름 > 비금속의 원자 반지름
cf)등전자 이온 : 전자의 개수가 같은 이온
예) O2-, F-, Na+, Mg2+, Al3+(전자의 개수가 10개)
이들 이온들의 크기는 ? 두가지 요소에 의해 결정됨.(전자의 개수와 양성자 수)
전자가 모두 10개이기 때문에 전자 간의 반발력은 비슷. 그러나 양성자의 개수는 Al로 감에 따라
8개에서 13개로 증가한다. 따라서 10개의 전자는 점점 더 큰 인력을 받게 되어 이온의 크기는 줄어 든다.
결론 : 일반적으로 등전자 이온의 경우 이온의 크기는 원자핵 전하가 증가할수록 감소한다.
풀이)위의 내용 참조
풀이) 일반적으로 등전자 이온의 경우 이온의 크기는 원자핵 전하가 증가할수록 감소한다.

키워드

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