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전자 구성

그만큼 원자나 분자 내의 전자 분포를 '전자 구성'이라고 합니다. 이는 전자가 차지하는 에너지 수준과 궤도를 정의합니다. 원자핵의 양성자 수와 동일한 요소의 원자 번호는 요소의 전자 구성을 결정합니다.

각 껍질과 하위 껍질에 있는 전자의 양은 일반적으로 1s 2s와 같은 일련의 숫자와 문자로 표시됩니다.²2p⁶, 원자의 전자 구성을 설명할 때. 전자의 에너지 준위 또는 껍질과 상관관계가 있는 주요 양자수는 시퀀스의 첫 번째 숫자로 표시됩니다. 각운동량 양자수는 주양자수 뒤의 어떤 문자가 전자의 서브쉘 또는 궤도를 나타내는지를 결정합니다.

원자의 에너지 준위와 궤도 내에서 전자의 배열을 보여주는 궤도 다이어그램 또는 전자 껍질 다이어그램을 사용하여 원자의 전자 구성을 묘사할 수도 있습니다. 각 궤도는 궤도 다이어그램에서 상자나 원으로 기호화되며, 각 전자는 스핀을 나타내기 위해 위아래로 움직이는 화살표로 기호화됩니다.

원자의 전자 구조는 원소의 화학적, 물리적 특성 중 많은 부분을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 원자의 반응성, 결합 특성, 화학 반응에 참여하는 능력은 모두 전자의 양과 배열에 영향을 받습니다. 원자에서 전자를 추출하는 데 필요한 에너지의 양은 이온화 에너지로 알려져 있으며, 이는 원자의 전자 구성에 의해 결정됩니다.

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원자 번호의 오름차순으로 배열된 원소 목록인 주기율표에서 원소의 위치는 원소의 전자 구성을 사용하여 예측할 수도 있습니다. 주기율표는 비슷한 전자 구성과 동등한 특성을 가진 원소를 그룹화합니다.

원자에 있는 두 개의 전자가 동일한 양자수 세트를 가질 수 없다고 주장하는 파울리 배제 원리는 원자의 전자 구성을 결정합니다. 따라서 원자의 각 전자는 서로 다른 에너지 준위와 궤도에 거주해야 하며, 각 궤도는 반대 스핀을 갖는 전자 쌍만 수용할 수 있습니다.

다양한 분광학적 방법을 사용하여 원자의 전자 구성을 직접 확립할 수 있습니다. 예를 들어, 바닥 상태에 있는 원자의 전기적 구성은 원소의 방출 스펙트럼을 사용하여 결정될 수 있으며, 원자 내 전자의 에너지 준위는 원소의 흡수 스펙트럼을 사용하여 결정될 수 있습니다.

결론적으로, 원자의 전자 구성은 구조의 기본 구성 요소이며 수많은 화학적, 물리적 특성에 영향을 미칩니다. 원소의 원자 번호는 일련의 숫자와 기호, 궤도 다이어그램 또는 전자 껍질 다이어그램으로 표시될 수 있는 전자 구성을 결정합니다. 분광학 방법을 사용하여 실험적으로 발견할 수 있는 파울리 배제 원리는 원자의 전자 구성을 결정합니다.

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전자 구성은 다음에 유용합니다.

• 요소의 원자가를 파악합니다.
• 원소의 특성 그룹을 예측합니다(유사한 전자 구성을 가진 원소의 특성은 종종 동일합니다).
• 원자 스펙트럼을 분석합니다.

전자 구성 작성 방법

포탄

주양자수를 바탕으로 껍질에 들어갈 수 있는 전자의 최대 수(n)를 계산할 수 있습니다. 이에 대한 공식은 2n이다.², 여기서 n은 쉘 번호입니다. 아래 표에는 껍질, n 값 및 들어갈 수 있는 전체 전자 수가 나열되어 있습니다.

서브쉘

• 방위각 양자수(문자 'l'로 표시)는 전자가 분할되는 하위 껍질을 결정합니다.
• 주양자수 n의 값이 이 양자수의 값을 결정합니다. 결과적으로, n이 4일 때 존재할 수 있는 4개의 개별 하위 껍질이 있습니다.
• n=4일 때. s, p, d 및 f 서브쉘은 각각 l=0, l=1, l=2 및 l=3에 해당하는 서브쉘입니다.
• 방정식 2*(2l+1)은 하위 껍질이 최대 용량에서 보유할 수 있는 전자 수를 나타냅니다.
• 따라서 s, p, d, f 하위껍질에 들어갈 수 있는 전자의 최대 수는 각각 2, 6, 10, 14개입니다.

표기법

• 서브쉘 라벨을 사용하여 원자의 전자 구성이 설명됩니다. 이러한 라벨에는 서브쉘 번호와 주 양자수에 의해 결정되는 쉘 번호가 포함됩니다.
• 지정(방위각 양자수로 제공됨) 및 위 첨자로 하위 껍질에 있는 전자의 총 수를 나타냅니다.
• 예를 들어 표기법은 '1s'입니다.²' 첫 번째 껍질의 s 부껍질에 두 개의 전자가 있는 경우.
• 원자번호 13번인 알루미늄의 전자 배열은 1s로 표현됩니다.²2초²2p⁶3초²3p¹이러한 서브쉘 레이블을 사용합니다.

Aufbau 원리, Pauli 배제 원리 및 Hund의 법칙은 원자 궤도를 채우는 데 사용됩니다. 이러한 지침은 전자가 접근 가능한 궤도를 차지하는 방법을 결정하는 데 도움이 됩니다.

구조 원리:

Aufbau 원리에 따르면 전자는 에너지가 증가하는 방향으로 궤도를 차지합니다. 이는 더 높은 에너지 오비탈을 채우기 전에 전자가 먼저 낮은 에너지 오비탈을 채울 것임을 나타냅니다. 주기율표를 사용하여 오비탈의 에너지 준위를 순서대로 결정할 수 있습니다. 오비탈의 라벨은 문자와 숫자의 조합입니다. 문자는 오비탈 모양 또는 하위 껍질(s, p, d, f)을 나타내고 숫자는 궤도의 에너지 수준을 정의하는 주 양자수(n)를 나타냅니다. 궤도 함수.

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Pauli 배제 원칙:

파울리 배타 원리에 따르면 원자 내의 어떤 두 전자도 동일한 4개 양자수(n, l, ml, ms) 모음을 가질 수 없습니다. 각 오비탈에 들어갈 수 있는 전자의 최대 수는 2개이며, 스핀은 반대여야 합니다.

개의 규칙:

Hund의 규칙에 따르면 전자는 축퇴 궤도(동일한 에너지를 갖는 궤도)를 채울 때 먼저 동일한 스핀을 갖는 별도의 궤도에 거주하게 됩니다. 따라서 축퇴 궤도의 전자는 전체 스핀을 최대화하려고 지속적으로 시도합니다.

원자 궤도의 채우기 순서는 이러한 원리를 사용하여 설정할 수 있습니다.

궤도는 다음 순서로 채워집니다.

• 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p 등
• 이를 입증하기 위해 탄소의 로딩(원자 번호 6)을 예로 들어 보겠습니다. 탄소에는 6개의 전자가 존재하며 위에서 설명한 방식으로 접근 가능한 궤도를 차지합니다.
• 1s 오비탈은 처음 두 개의 전자로 채워집니다. 2s 오비탈은 다음 두 개의 전자로 채워집니다. 3개의 가능한 2p 오비탈 중 2개는 나머지 2개의 전자가 각각 전자 1개로 채워집니다. 탄소는 이제 전자 구조 1을 갖습니다.²2초²2p².

결론적으로 Aufbau 원리, Pauli 배제 원리 및 Hund의 법칙은 모두 원자 궤도가 채워지는 방식을 제어합니다. 각 요소는 이러한 규칙의 결과로 서로 다른 전자 구성을 가지며, 이는 전자가 사용 가능한 궤도를 차지하는 순서를 결정하는 데 도움이 됩니다.

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원자 번호가 증가하는 순서대로 처음 30개 원소의 전자 구성:

전자 구성이 필수적인 몇 가지 이유는 다음과 같습니다.

1. 화학적 반응성

원자의 화학 반응은 전자 구성에 따라 결정됩니다. 전자 구성은 요소 간의 반응을 유발하여 화합물을 생성합니다. 원자가 다른 원자와 화학적 결합을 형성하기 위해 전자를 얼마나 쉽게 얻거나 잃거나 공유할 수 있는지는 원자가 껍질로 알려진 가장 바깥쪽 에너지 준위에 있는 전자의 수와 배열에 따라 달라집니다. 예를 들어, 안정적인 구성을 달성하기 위해 가장 바깥 껍질에 1개 또는 2개의 전자가 있는 원소는 전자를 잃는 경향이 있는 반면, 가장 바깥 껍질에 5, 6 또는 7개의 전자가 있는 원소는 해당 전자를 얻는 경향이 있습니다. 이는 다양한 원소가 생성할 수 있는 화합물의 종류를 예측하는 데 도움이 됩니다.

2. 결합특성

원자 사이에 발생할 수 있는 화학 결합의 종류도 전자 구성에 따라 결정됩니다. 공유 결합은 일반적으로 비슷한 전자 구성을 갖는 원자 사이에서 형성되는 반면, 이온 결합은 일반적으로 서로 다른 구성을 갖는 원자 사이에서 형성됩니다. 생성된 화학 결합의 강도와 안정성도 전자 구성의 영향을 받습니다. 예를 들어, 탄소 원자의 전자 구성에 있는 4개의 원자가 전자는 다른 탄소 원자와 안정적인 공유 결합을 형성할 수 있게 하며, 그 결과 다양한 유기 화합물이 생성됩니다.

3. 물리적 특성

녹는점과 끓는점, 밀도, 전도성과 같은 요소의 물리적 특성도 전자 구조의 영향을 받습니다. 전자의 수와 원자가 껍질에 전자가 배열되는 방식에 따라 원자 상호 작용의 강도가 결정되며, 이는 요소가 물리적으로 동작하는 방식에 영향을 미칩니다. 예를 들어, 금속의 자유 전자는 쉽게 움직이고 전기를 전도할 수 있기 때문에 금속은 전기 전도성과 열 전도성이 높습니다.

4. 주기적인 추세

주기율표는 원자의 전자 구조를 기반으로 하기 때문에 주기율표를 사용하여 구성됩니다. 주기율표의 원소 특성이 규칙적으로 변화하는 패턴을 주기 추세라고 합니다. 원자의 전자 구성 변화와 이것이 요소의 크기, 반응성 및 결합 특성에 미치는 영향을 사용하여 이러한 추세를 이해할 수 있습니다.

요약하자면, 원자의 분자적 특성과 물리적 특성을 모두 이해하려면 원자의 전자 구성에 대한 지식이 필요합니다. 이는 원소의 화학적 거동과 다른 원소와 결합하여 화합물을 생성하는 능력을 예측하는 데 필수적입니다. 전자 구성을 이해하면 주기율표의 주기 패턴과 원소 특성의 차이를 설명하는 데도 도움이 됩니다.