전자 배열 또는 전자가 원자에 분포하는 방식

원자와 그 구조

물질을 구성하는 개별 입자는 원자입니다. 우리를 둘러싼 모든 것은 원자입니다. 원소는 원자의 합입니다. 철은 철 원자로, 구리는 구리 원자로 구성되어 있습니다. 그렇다면 원자는 무엇으로 구성되어 있습니까? 우리 대부분은 답을 알고 있습니다. 양전하를 띤 양성자, 음전하를 띤 전자, 전하가 없는 중성자입니다. 이게 정답인가요? 물론입니다. 하지만 화학자가 하는 방식으로 원자를 보면 원자는 핵과 주변 전자 구름이라는 두 가지 기본 요소로 구성되어 있다고 대답합니다.

원자핵

원자의 핵은 그 중심이며 가장 중요한 부분을 구성합니다. 양성자(양전하)와 중성자(전기적으로 중성)로 구성됩니다. 이들은 나눌 수 없는 구성 요소가 아닙니다. 양성자와 중성자는 모두 쿼크라고 불리는 더 작은 입자로 이루어진 내부 구조를 가지고 있습니다. 양성자는 두 개의 상위 쿼크와 하나의 하위 쿼크로 구성됩니다. 그러나 중성자는 구조에 하나의 상위 쿼크와 두 개의 하위 쿼크를 가지고 있습니다.

전자 구름

원자에는 명확하게 정의된 가장자리가 없습니다. 이는 전자 구름이 있기 때문입니다. 전자 구름은 전자가 존재할 확률이 가장 높은 영역입니다(중요: 전자가 이동하는 경로를 명확하게 결정할 수 없습니다. 공간의 다른 영역에서 전자를 찾을 확률만 결정할 수 있음). 전자 구름은 원자핵 주위를 도는 전자로 구성됩니다. 핵 바로 옆에서 전자 구름의 밀도가 가장 높고 핵에서 멀어질수록 구름이 더 확산됩니다.

원자의 양자 설명

원자에 있는 각 전자의 상태는 파동 함수로 설명됩니다. 파동 함수는 슈뢰딩거 방정식에 대한 수학적 솔루션입니다. 차례로, 이 방정식은 몇 가지 기본 조건이 도입되면 풀릴 수 있습니다. 이러한 이유로 양자수가 사용되었습니다. 주어진 원자에서 각 전자의 양자 상태를 고유하게 설명하는 양자 수는 다음과 같이 간략하게 특성화됩니다.

• 주 양자수 n :

전자의 에너지를 담당합니다. 연속된 자연수의 값을 가집니다. 범위는 1에서 무한대입니다. 실제로는 그렇지 않으며 대부분 n 의 범위는 1에서 7입니다. 동일한 주 양자 번호를 가진 준위를 전자 껍질이라고 합니다.

• 방위각 양자 수 l :

에너지를 보다 정확하게 정의합니다. 방위각 양자 수의 값은 주어진 원자 껍질의 하위 껍질을 결정합니다. 원자 궤도의 모양은 또한 이 숫자의 값에 따라 달라집니다. 방위각 양자 수는 0에서 ( n -1)까지의 값을 갖습니다.

• 자기 양자수 m :

자기 양자 수의 값은 방위각 양자 수에 따라 다릅니다. 자기 양자수 m 은 – l에서 l(0 포함)까지의 값을 갖습니다. 자기 양자 수에 대한 지식 덕분에 공간에서 오비탈의 상호 위치가 결정되어 주어진 하위 수준에서 오비탈 수에 대한 정보를 제공합니다.

• 스핀 양자수:

원자핵 주위를 이동하는 동안 전자도 자신의 축을 중심으로 이동합니다. 이 움직임을 스핀이라고 하며 스핀 양자 수와 관련이 있습니다. + ½ 및 – ½의 두 가지 값만 있습니다. 각 원자 궤도는 스핀 양자 수 값이 다른 두 개의 전자를 포함할 수 있습니다. 양자수를 설명할 때 화학의 기본 법칙 중 하나인 파울리 배타 원리 를 빼놓을 수 없습니다. 이 원리에 따르면 원자는 동일한 양자수를 가진 두 개의 전자를 포함할 수 없습니다. 원자의 전자는 적어도 하나의 양자수 값이 달라야 합니다.

전자 껍질 및 하위 껍질

원자핵은 특정 확률로 전자를 찾을 수 있는 전자 구름으로 둘러싸여 있습니다. 이 전자는 적절한 전자 껍질에 배열됩니다. 간단히 말해서, 전자 껍질 은 동일한 주 양자 수 n 을 갖는 준위입니다. 원자핵에서 가장 먼 껍질을 원자가 껍질 이라고 합니다. 이 껍질에서 궤도를 도는 전자를 원자가 전자 라고 합니다(다른 원소의 원자 또는 같은 원소의 원자 사이에 화학 결합을 생성합니다). 각 전자 껍질은 문자로 식별됩니다. 따라서 n = 1의 경우 문자는 K이고 n = 2의 경우 문자는 L입니다(n 1 ~ 7의 경우 문자는 K ~ Q). 원자의 각 전자 껍질은 하위 껍질로 구성됩니다. 서브쉘 은 방위각 양자수 l 로 정의됩니다. 하위 껍질에는 정확히 정의된 동일한 에너지 값을 가진 전자가 있습니다. 또한 서브쉘에는 특정 ‘용량’이 있습니다. 여기에는 2*(2* l +1)가 포함될 수 있습니다. 여기서 l 은 방위각 양자 수입니다. 서브쉘에는 s, p, d, f, g, h 등의 문자 지정도 있습니다.

전자 구성

원자의 전자 배열 을 정확하게 결정하려면 에너지 준위의 순서(에너지 값이 증가함에 따라 개별 서브쉘과 쉘의 순서)를 알아야 합니다. 구성은 개별 전자를 에너지 수준에 할당하는 것입니다. 원자에는 두 가지 에너지 상태가 있습니다. 바닥 상태와 여기 상태 입니다. 우리는 전자가 확장 규칙에 따라 개별 궤도에 분포할 때 바닥 상태를 관찰합니다. 그러면 에너지가 가장 낮습니다. 원자가 일정량의 에너지를 받으면 전자는 저에너지 궤도에서 자유 고에너지 궤도로 이동할 수 있습니다. 그러면 우리는 원자의 여기 상태에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 바닥 상태에서 원자의 올바른 전자 배열 을 찾기 위해서는 Pauli 배제 원리를 준수하면서 증가하는 에너지에 따라 개별 오비탈을 채워야 합니다. 이러한 원칙에 따라 연속적인 껍질의 수, 연속적인 하위 껍질의 문자 지정 및 특정 오비탈의 전자 수에 대한 표기법을 특징으로 하는 소위 전체 구성 표기법이 생성됩니다. 축약된 전자 구성 표기법 은 초기에 나머지 전자로 보충되는 희가스의 전자 구성 형태로 코어를 포함합니다.