전자 배치(electron configuration): 하나의 원자에 존재하는 여러 개의 전자들이 서로 다른 원자 궤도함수에 분포되는 방법
• 한 원자의 어떤 궤도함수에 존재하는 전자는 4개의 양자수로 나타낼 수 있음 (예: n=2, ℓ = 1, mℓ = 1, ms = +1/2
• 바닥 상태의 수소 원자의 전자는 1s 궤도함수에 존재, 1s1
• 전자 배치는 또한 전자의 스핀을 보여주는 궤도함수 도표 (orbital diagram)로도 표시
전자가 어떻게 배치되는가를 표시한다. 에너지가 낮은
곳부터 우선적으로 채워간다.
앞에서 공부한 궤도에 전자 채워넣기
파울리(Pauli) 배타원리
• 한 원자 안에 들어있는 어느 두 전자도 동일한 네 개의 양자수를 가질 수 없음
• 다전자 원자의 전자 배치를 결정하는데 이용
반자기성과 상자기성
• 상자기성(paramagnetic): 스핀이 짝을 이루지 않은 전자들을 포함하고 있어 자석에 끌리는 물질
• 반자기성(diamagnetic): 짝을 이루지 않은 스핀이 없어서 자석에 의하여 약하게 밀림
자연에서 관찰한 법칙으로
전자배치와 관련된다. 같은 양자수를 가지는 전자는 존재하지 않는다.
주민번호가 같은 사람은 없다.
전자의 스핀이 짝지지 않으면 자기성을 가진다.
다전자 원자에서 차폐(shield) 효과
• 2s 궤도함수가 2p 궤도함수 보다 에너지가 낮은 이유: 보다 에너지가 낮고 핵쪽에 가까이 있는 1s 궤도함수의 전자가 2s , 2p 전자가 핵에 끌리는 것을 부분적으로 차폐(shield)
• 2s 궤도함수는 2p 궤도함수보다 침투성이 높아 핵에 보다 가까이 위치
• 동일한 주양자수 n에 대하여 침투력은 각운동량 양자수 ℓ이 증가함에 따라 감소
• 따라서 2s 궤도함수가 2p 궤도함수 보다 에너지가 낮음
핵으로부터의 거리에 따른 전자의 밀도
다전자 원자에서 원자의 부껍질이 채워지는 순서
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s 채워지는 일반적인
순서이다. 꼭 맞는 것은 아니다.
• 부껍질에 있는 전자의 가장 안정한 배열은 가장 큰 수의 평행 스핀을 가진 배열
훈트 규칙 : 전자 스핀과 관련된 법칙이다.
자연에서 발견한 또 다른
법칙으로 전자들은 가급적이면 같은 방향의 스핀을 유지한다.
버스를 타면 빈 좌석 창쪽에 앉을려고 한다.
훈트 규칙
• 주양자수 n의 각 껍질은 n개의 부껍질을 포함하고 있음. 예를 들어, n = 2이면, 각운동량 양자수(ℓ) 값이 0과 1인 2개의 부껍질이 존재
• 양자수 ℓ인 부껍질에는 (2ℓ + 1)개의 궤도함수가존재. 예를 들어, ℓ = 1이면, 3개의 p 궤도함수가 존재
• 각 궤도함수에 2개보다 많은 전자가 채워질 수 없음. 그러므로 최대 전자 수는 이용되는 궤도함수 수의 2배.
• 원자가 주양자수 n 준위 안에 채울 수 있는 최대 전자의 수를 결정하는 빠른 방법은 공식 2n2을 이용.
원자 궤도함수에 전자를 할당하는 일반 규칙
궤도 속에 몇 개의 전자가 채워질 수 있는가?
Mg의 전자 배치는?
Mg 12 전자
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s
1s22s22p63s2 2 + 2 + 6 + 2 = 12 전자 생략된 [Ne]3s2 [Ne] 1s22s22p6
Cl의 마지막 궤도의 양자수는?
Cl 17 electrons 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s 1s22s22p63s23p5 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17 전자
마지막 전자 : 3p 궤도
n = 3 l = 1 ml = -1, 0, or +1 ms = ½ or -½
각 전자의 양자수는?
축조 원리(Aufbau principle): 다전자 원자에서 전자를 궤도함수에 채우는 순서를 결정하는 원리
1. 더 높은 에너지의 궤도함수를 채우기 전에 낮은 에너지의 궤도함수를 먼저 채움
2. 한 궤도함수에는 반대 스핀을 갖는 두 전자만 채울 수 있음 (파울리의 배타원리)
3. 두 개 이상의 축퇴 궤도함수들이 있으면, 훈트의 규칙(Hunďs rule)을 따름
비활성 기체 핵(noble gas core) 표기 괄호로 표시한 비활성 기체 핵은
해당 원소 앞쪽으로 가장 가까운 비활성 기체 원소의 전자 배치를 표시하고, 이어서 해당 원소의 최외각 껍질에서 전자가 차 있는 부껍질을 표시.
Building-up principle
여러 개의 전자가 채워지는 순서