원자 궤도의 모양

원자 궤도 수학적 함수인 는 원자 내 전자(또는 전자쌍)의 파동 거동을 설명합니다. 원자 궤도는 종류에 따라 모양이 다릅니다. 원자 궤도의 다양한 모양은 특정 방향에서 핵 주위에 전자를 찾을 확률이 가장 높거나 0임을 나타냅니다. 오비탈에는 네 가지 유형이 있으며 각각 모양이 다르고 문자 s, p, d 및 f로 표시됩니다. s 및 p 궤도는 화학 및 생물학적 화학에서 가장 풍부하기 때문에 고려됩니다. 안 s-궤도 중앙에 구형 핵이 있고, p-궤도 덤벨 모양이고 5개 중 4개는 d 궤도 클로버잎 모양이다. 다섯 번째 d 오비탈은 중앙에 도넛이 있는 긴 아령 모양입니다. 원자의 궤도는 층이나 전자 껍질로 구성됩니다.

원자 궤도는 무엇입니까?

원자 오비탈은 전자를 발견할 가능성이 최대인 원자핵 근처의 3차원 공간입니다.

양자 원자 모델에 따르면 원자는 무한한 수의 궤도를 가질 수 있습니다. 이러한 궤도는 크기, 모양 또는 방향에 따라 분류될 수 있습니다. 궤도가 좁을수록 핵에 가까운 전자를 잡을 확률이 더 높아집니다. 궤도파동함수는 전자의 좌표를 표현하는데 사용되는 수학적인 함수로 흔히 알려져 있다. 전자를 찾을 가능성은 궤도 파동 함수의 제곱으로 표시됩니다. 이 파동 함수는 경계면 다이어그램 생성에도 도움이 됩니다.

궤도파 함수

그만큼 양자 원자 모델 원자는 매우 다양한 궤도를 가질 수 있다고 예측합니다. 이러한 궤도는 크기, 기하학 또는 기울기에 따라 그룹화될 수 있습니다. 궤도 크기가 감소하면 핵에 가까운 전자를 얻을 확률이 높아집니다. 전자의 좌표를 나타내는 데 사용되는 수학 함수를 궤도파 함수 . 전자 발견 확률은 궤도 파동 함수의 제곱으로 표시됩니다.

또한 이 파동 함수를 사용하여 경계면 다이어그램을 만들 수도 있습니다. 다양한 오비탈에 대한 일정한 확률 밀도의 경계면 다이어그램을 사용하면 오비탈의 형태를 더 잘 이해할 수 있습니다.

원자 궤도의 모양은 다양합니다. 즉, 핵을 둘러싸고 있는 전자의 확률 분포가 다릅니다. 서로 다른 궤도에 있는 전자가 모핵 주위의 서로 다른 영역에 위치할 가능성이 높으며 따라서 다양한 강도로 후자의 인력을 경험할 수 있다는 사실은 궤도의 에너지 범위가 넓은 이유 중 하나입니다. 주어진 수소 원자 껍질에 있는 모든 오비탈이 다양한 형태를 가지면서도 동일한 에너지를 갖는다는 것은 놀라운 일입니다. 이는 다양한 에너지 관련 기여가 제거되었기 때문입니다.

그러나 두 번째 전자가 생기자마자 축퇴 현상은 사라집니다.

s-궤도의 모양

s 궤도 경계면 다이어그램은 중심에 핵이 있는 구와 유사하며 2차원에서 원으로 표시할 수 있습니다.
s-오비탈은 구형 대칭입니다. 이는 주어진 거리에서 전자를 찾을 확률이 모든 방향에서 동일하다는 것을 의미합니다.
s 오비탈의 크기는 마찬가지로 1차 양자수(n)의 값이 증가함에 따라 증가하는 것으로 나타났습니다. 따라서 4초> 3초> 2초> 1초입니다.
노드 포인트는 전자를 찾을 가능성이 없는 위치입니다. 노드는 방사형 노드와 각도 노드의 두 가지 유형으로 분류됩니다. 핵으로부터의 거리는 방사형 노드에 의해 계산되는 반면 방향은 각도 노드에 의해 결정됩니다.

p-궤도의 모양

p 오비탈은 아령처럼 형성됩니다.
p 궤도 노드는 핵의 중심에 위치합니다.
3개의 오비탈이 있기 때문에 p 오비탈은 최대 6개의 전자를 차지할 수 있습니다.
각 p 오비탈은 핵을 가로지르는 평면의 양쪽에 위치한 로브라고 알려진 두 부분으로 구성됩니다.
각 p 오비탈에는 핵을 가로지르는 평면의 양쪽에 로브라고 알려진 부분이 있습니다. 두 엽이 교차하는 평면에서 전자를 발견할 가능성은 0입니다.
세 개의 오비탈은 크기, 모양, 에너지가 동일하기 때문에 축퇴 오비탈로 알려져 있습니다.
궤도 사이의 유일한 차이점은 돌출부의 방향입니다. 돌출부는 x, y 또는 z축을 따라 방향이 지정되므로 이름이 2로 지정됩니다._px, 2_파이, 그리고 2_pz. 공식 n –2는 노드 수를 계산하는 데 사용됩니다.
s 오비탈과 마찬가지로 p 오비탈의 크기와 에너지는 1차 양자수가 증가함에 따라 증가합니다(4p> 3p> 2p).

d-궤도의 모양

d 궤도의 경우 자기 궤도 양자 수는 (-2,-1,0, 1,2)로 지정됩니다. 결과적으로 우리는 5개의 d-오비탈이 있다고 주장할 수 있습니다.
이 궤도는 기호 d로 표시됩니다._xy, 디_yz, 디_xz, 디_엑스₂_-그리고₂, 그리고 디_{와 함께}₂.
처음 4개의 d 오비탈의 형태는 서로 유사하지만 d와는 다릅니다._{와 함께}₂그러나 다섯 개의 d 오비탈의 에너지는 모두 동일합니다.

f-궤도의 모양

f 오비탈의 형태는 분산되어 있습니다. f 오비탈의 값이 l=3이므로 1차 양자수 n의 최소값은 4입니다.
f 궤도에 해당하는 ml 값은 (-3,–2, –1, 0, +1, +2, +3)입니다.
결과적으로 l = 3인 경우 7개의 f 오비탈이 있습니다.

f-궤도의 모양

퇴화 궤도

축퇴 궤도는 동일한 에너지를 갖는 궤도입니다. 이러한 궤도는 서로 다릅니다(우주 주위의 공간에서는 서로 다른 방향으로 배치될 수 있음). 원자핵 ), 그러나 그들은 동일한 에너지를 가지고 있습니다. 외부 장의 존재 하에서 p 오비탈의 축퇴는 영향을 받지 않습니다. 그러나 f 및 d 오비탈의 축퇴는 시스템에 외부 필드(전기장 또는 자기장)를 적용하여 깨질 수 있습니다.

더 높은 에너지를 갖는 궤도는 거의 없지만 다른 궤도는 더 낮은 에너지를 갖습니다. 퇴화는 더 이상 시스템에 존재하지 않습니다. 예를 들어 d 오비탈은 모두 동일한 에너지를 갖는 5개의 축퇴 오비탈로 구성됩니다.

더 읽어보기:

분자 궤도 이론

원자의 궤도 채우기

이종 교잡

원자 궤도의 모양에 대한 FAQ

질문 1: 궤도는 어떻게 작동하나요?

답변:

원자 궤도함수는 원자이론과 양자역학에서 원자 내의 전자 하나 또는 전자쌍의 파동적인 행동을 표현하는 수학적 표현이다. 각 오비탈은 최대 2개의 전자를 차지하며 각각 고유한 양의 스핀을 갖습니다.

질문 2: 절점 평면(Nodal Plane)이란 무엇입니까?

답변:

전자를 발견할 확률이 무시할 수 있거나 0인 평면을 노드 평면(Nodal Plane)이라고 합니다.

질문 3: 오비탈은 몇 개 있나요?

답변:

한 달에 몇 주가 있나요?

s 하위 준위에는 궤도가 하나뿐이므로 전자는 두 개만 존재할 수 있습니다. p 하위 준위는 3개의 궤도로 구성되므로 최대 6개의 전자가 존재할 수 있습니다. d 하위 준위는 5개의 궤도로 구성되므로 최대 10개의 전자가 존재할 수 있습니다. 그리고 4개의 하위 수준 각각에는 최대 14개의 전자를 수용할 수 있는 7개의 궤도가 있습니다.

질문 4: 어떤 오비탈이 가장 높은 에너지를 가지고 있나요?

답변:

궤도 1이 가장 많은 에너지를 가지고 있습니다. 전자의 에너지는 원자의 전기 거품에서 전자를 꺼내는 데 필요한 에너지의 양입니다.

질문 5: 껍질과 궤도의 차이점은 무엇입니까?

답변:

원자에서 껍질은 동일한 양자수 이론 n의 하위 껍질 모음입니다. 오비탈에는 각각 2개의 전자가 있으며, 같은 오비탈에 있는 전자는 크기, 각운동량 크기, 자기양자수 정의가 동일합니다.

질문 6: 시그마와 파이 본드가 무엇인가요?

답변:

원자 궤도 중첩은 시그마 및 파이 결합을 생성합니다. 시그마 결합은 원자 궤도엽이 겹쳐서 생성되는 반면, Pi 결합은 하나의 원자 궤도엽이 다른 원자 궤도엽과 겹칠 때 생성됩니다.