Ⅱ. 개성있는 원소03. 현대적 원자 모형

보어의 원자모형의 문제점전자는 특정한 위치 ( 거리 ) 에 존재한다

전자를 발견할 수 있어야 한다

실제 전자를 발견하지 못함

전자의 위치와 운동량 ( 속도 ) 를 동시에 정확히 측정할 수 없음

전자의 존재를 표현할 다른 방법이 필요함

현대적 원자 모형원자에 속해있는 전자의 존재는 확률적으로만 알 수 있다

기존 전자의 궤도 (orbit) 모형에서 확률적인 접근 (-al) 을 접목하여

‘ 오비탈 (orbital)’ 이란 개념으로 전자의 존재를 설명함= 전자궤도함수

오비탈오비탈 : 전자가 원자핵 주위에서 발견될 확률을 나타낸 함수

궤도함수의 모양과 방향 , 에너지 상태 등을 나타냄

오비탈을 나타내주는 4 가지 양자수

주양자수 (n) 방위양자수 (l) 자기양자수 ()

스핀양자수 ()

공간

전자스핀

주양자수 (n)

오비탈의 크기를 결정

주양자수 (n)

가장 안쪽 전자껍질 n=1K 껍질

L 껍질

M 껍질

n=2

n=3

n=1 ,2, 3, ….

방위양자수 (l)방위양자수 (l)

오비탈의 방향성을 나타냄

오비탈의 모양을 결정함한 방향 , 두 방향 ,…..

l=0, 1, 2,…, n-1

l=0 s 오비탈 l=1 p 오비탈 l=2 d 오비탈

자기양자수 ()

𝑝 𝑦 𝑝𝑧

자기양자수 ()

오비탈의 배향을 나타냄 = -l, -l +1,…, l-1, l

s 오비탈 → l = 0 = 0

p 오비탈 → l = 1 = -1, 0, 1

𝑝𝑥

오비탈의 표현2𝑝𝑧

1

주양자수 (n)

방위양자수 (l)자기양자수 ()

전자 수

3 가지의 양자수로 오비탈의 크기와 모양 , 방향 등 공간적인 표현을 함

s 오비탈의 함수 그래프

스핀양자수 ()

스핀양자수 ()

원자에 속해있는 전자를 보니전자 자체에 자기장이 형성되어있음을 발견

전자를 관찰할 수 없지만 전자가 자전운동 ( 스핀운동 ) 을 한다면

한 오비탈에 전자가 최대 2 개까지만 들어감

자기장의 형성을 설명할 수 있음

전자의 스핀을 up spin, down spin 으로 구분하여 표현

오비탈의 표현오비탈 → 박스로 표현

s 오비탈 : ( 박스 1 개 )

p 오비탈 : ( 박스 3 개 )

d 오비탈 : ( 박스 5 개 )

= 0

= -1, 0, 1

= -2, -1, 0, 1, 2

전자는 오비탈에 최대 2 개 까지 들어감

전자는 up, down 스핀이 존재 화살표로 표현

현대 원자 모형에 따른 전자 배치쌓음 원리

- 전자는 가장 낮은 에너지 준위의 오비탈부터 차례대로 채워진다 .

→ 1s < 2s = 2p < 3s = 3p = 3d < 4s = ..........

→ 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < ......

- 수소원자의 경우 오비탈의 에너지 준위는 주양자수에 의해서만 결정됨

다전자원자의 경우 주양자수 (n) 와 방위양자수 (l) 에 의해 에너지 준위가 결정됨

현대 원자 모형에 따른 전자 배치쌓음 원리1s

2s 2p

3s 3p 3d

4d4s 4p 4f

5s s 오비탈 p 오비탈 d 오비탈

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < ……

현대 원자 모형에 따른 전자 배치

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

현대 원자 모형에 따른 전자 배치

파울리 배타 원리한 원자 안에 4 가지 양자수가 모두 동일한 전자는 존재할 수 없다

→ 한 오비탈에 전자는 최대 2 개 까지 들어갈 수 있다

훈트 규칙같은 에너지 준위의 오비탈에 전자가 채워질 때 ,

→ 전자간 반발을 최소로 함

짝짓지 않는 전자 ( 홀전자 ) 가 많도록 전자가 채워진다

현대 원자 모형에 따른 전자 배치

↑↑↓↑↑↓↑↑↓↑↑↓↑↑↓↑↑↓↑↑↓↑↑↑↓ ↑↓↑↑ ↑↓↑↓↑↑↓

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d

↑↑↓ ↑↑↓ ↑↑↓

전자가 채워지는 순서

현대 원자 모형에 따른 전자 배치

C6

1s 2s 2p

Na11

1s 2s 2p 3s

현대 원자 모형에 따른 전자 배치

유효 핵전하

전자는 다른 전자들과의 반발에 의해서

오롯이 원자핵의 전하를 느끼지 못함

원자핵의 실제 전하보다 낮게 느낌

전자가 느끼는 핵전하 유효핵전하

다른 전자들로 가리워짐

가리움효과