제3장 원자와 원소

원자 구성 입자 - 양성자 양성자 수가 원소의 종류를 결정한다. 원자의 화학적 성질을 결정한다. 양성자 수는 원자번호 (Z)와 같다. 양전하(+1)를 갖는다. 질량은 1.0amu (1.67x10-24g)이다.

원자 구성 입자 - 전자 중성 원자에서 양성자 수와 같다. 음전하(-1)를 갖는다. 양성자 수보다 많거나 적으면 이온이 된다. 질량은 0.00054amu (0.0009x10-24g) 이다. 원자의 대부분의 공간을 차지한다.

원자 구성 입자 - 중성자 같은 원자라도 중성자 수가 다를 수 있다. 양성자+중성자 수를 질량수(mass number) 라고 한다. 전하가 없다. 질량은 1.0amu 이다.

원소기호 원자번호 (Z) : 양성자 수 (p+) *원소의 종류 결정 *중성원자에서 전자의 수 (e-) 질량수 (A) : 양성자 수(p+) + 중성자 수(n0) *한 원소에 대해 다양한 질량수 이온 : 양성자 수  전자 수 *전자의 이동으로 형성

동위원소 (isotope) 12C 13C 양성자 중성자 전자 6 6 6 6 7 6 양성자 중성자 전자 12C 13C 6 6 6 6 7 6 양성자의 수는 같으나 중성자의 수가 다른 두 원소 화학적 성질은 같으나 질량이 다르다. 원자번호가 같기 때문에 동일한 원소이다.

원자량 (atomic weight) 주기율표의 원자량은 동위원소들의 가중평균치이다. =(12.0000X0.9889)+(12.9991X0.0111) =12.011

원자 주기성의 발견

보어의 원자 모델 높은 위치 에너지 낮은 위치 에너지 Quantized (양자화)

궤도함수와 양자 수 궤도함수 (파동함수)  = f (n, l, m ) 세 개의 양자 수가 함수를 결정; 주 양자 수, 부 양자 수, 자기 양자 수 궤도 (오비탈)를 결정

주 양자 수 (n ) 양의 정수 값을 갖는다; n =1, 2, 3, 4, … n 값이 커질수록 전자의 에너지가 커진다. (shell)에 있다고 한다.

부 양자 수 (l ) 0부터 n-1의 값을 갖는다 (l = 0 n -1). 부양자수는 오비탈의 모양을 결정한다. l 값이 클수록 전자의 에너지가 커진다.

자기 양자 수 (m ) l 부터 -l 까지 의 값을 갖는다 (m = -l  +l ). m 값은 전자의 에너지에 영향을 주지 않는다. m 값은 오비탈의 공간적 위치 (배향)를 결정한다.

스핀 양자 수 (s ) s 값은 전자의 스핀방향을 결정한다. s 값은 +1/2이나 –1/2의 값을 갖는다.

오비탈의 이름 오비탈의 에너지 n 과 l 값이 결정 n = 1, l = 0  1s n = 2, l = 0  2s n = 2, l = 1  2p n = 3, l = 0  3s n = 3, l = 1  3p n = 3, l = 2  3d l 값이 0 이면 s l 값이 1 이면 p l 값이 2 이면 d l 값이 3 이면 f

오비탈의 모양

오비탈의 모양

Pauli의 배타원리 궤도함수를 결정하는 세 개의 양자수 + 스핀 양자수 네 양자수로 구성된 양자수 세트 ( n, l, m, s ) 각 전자는 하나의 고유한 세트를 갖는다.

전자배치 n l m s 전자의 개수 1 0 0 +1/2, -1/2 2 (1s) 2 0 0 +1/2, -1/2 2 (2s) 1 -1,0,+1 +1/2, -1/2 6 (2p) 3 0 0 +1/2, -1/2 2 (3s) 1 -1,0,+1 +1/2, -1/2 6 (3p) 2 -2,-1,0,+1,+2 +1/2, -1/2 10 (3d)

주 양자수와 가능한 전자 수

전자의 에너지 껍질 1 1s 껍질 2 2s 2p 껍질 3 3s 3p 3d 껍질 4 4s 4p 4d 4f 전자의 에너지는 n + l 의 값이 클수록 크다. n 과 l 값이 모두 같으면 전자의 에너지는 같다. n + l 이 같을 경우 다음의 규칙을 따른다. 껍질 1 1s 껍질 2 2s 2p 껍질 3 3s 3p 3d 껍질 4 4s 4p 4d 4f 껍질 5 5s 5p 5d 5f

전자배치 Aufbau의 원리 – 에너지가 낮은 궤도함수부터 2. Pauli의 배타원리 - 한 궤도함수에는 스핀이 반대인 두 전자 3. Hund의 규칙 - 에너지가 같은 궤도함수가 있을 때는 먼저 하나씩 채운다.

전자배치 연습 탄소 (전자 6개) 2p 2s 1s 산소 (전자 8개) 2p 2s 1s 1s 2 2s 2 2p 2

전자배치의 간단한 표기법 F : 1s2 2s2 2p5 He : 1s2  [He] 2s2 2p5 Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Ne : 1s2 2s2 2p6  [Ne] 3s2 3p5 Br : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 Ar : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6  [Ar] 4s2 3d10 4p5 I : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5 Kr : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6  [Kr] 5s2 4d10 5p5

전자배치와 주기율표 F : 1s2 2s2 2p5 Cl : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5 Br : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5 I : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p5 전자배치의 주기성 화학적 성질의 주기성

전자배치와 주기율표 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d S ; 2 p ; 6 d ; 10 f ; 14

원소의 분류

몰(mole)의 개념 화학의 묶음 단위 1몰은 6.02x1023개를 포함하는 양 1몰의 질량은 원자량과 같다.