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 구성되고 구리는 구리 원자로 구성됩니다. 그러면 원자는 무엇으로 구성됩니까? 우리 대부분은 그 답을 알고 있습니다. 양전하를 띤 양성자, 음전하를 띤 전자, 전하가 없는 중성자입니다. 이것이 정답입니까? 당연하지만 화학자가 하는 방식으로 원자를 본다면 원자는 핵과 주변 전자 구름이라는 두 가지 기본 요소로 구성되어 있다고 대답할 수 있습니다.

원자핵

원자의 핵은 중심이며 가장 중요한 부분을 구성합니다. 양성자(양전하)와 중성자(전기적으로 중성)로 구성됩니다. 이들은 분할할 수 없는 구성 요소가 아닙니다. 양성자와 중성자 모두 내부 구조를 가지고 있습니다. 이들은 쿼크라고 하는 더 작은 입자로 구성되어 있습니다. 양성자는 2개의 상위 쿼크와 1개의 하위 쿼크로 구성됩니다. 그러나 중성자는 그 구조에 하나의 상부 쿼크와 두 개의 하부 쿼크를 가지고 있습니다.

전자구름

원자에는 명확하게 정의된 가장자리가 없습니다. 이는 전자 구름이 존재하기 때문입니다. 전자 구름은 전자가 존재할 확률이 가장 높은 영역입니다(중요: 전자가 이동하는 경로를 명확하게 결정할 수 없습니다. 공간의 다른 영역에서 전자를 찾을 확률을 결정하는 것만 가능합니다). 전자구름은 원자핵 주위를 도는 전자들로 구성된다. 핵 바로 옆에서 전자 구름의 밀도가 가장 높고 핵에서 멀어질수록 전자 구름이 더 많이 확산됩니다.

원자의 양자 설명

원자의 각 전자 상태는 파동 함수로 설명됩니다. 파동 함수는 슈뢰딩거 방정식에 대한 수학적 솔루션입니다. 차례로 몇 가지 기본 조건을 도입하면 이 방정식을 풀 수 있습니다. 이러한 이유로 양자수가 사용되었습니다. 주어진 원자에서 각 전자의 양자 상태를 고유하게 설명하는 양자 번호는 다음과 같이 간략하게 특성화됩니다.

• 주양자수 n :

전자의 에너지를 담당합니다. 연속적인 자연수의 값을 가집니다. 1에서 무한대까지 가능합니다. 실제로는 그렇지 않으며 n 의 범위는 1에서 7 사이인 경우가 가장 많습니다. 주양자수가 동일한 준위를 전자 껍질이라고 합니다.

• 방위각 양자수 l :

에너지를 더 정확하게 정의합니다. 방위 양자 수의 값은 주어진 원자 껍질의 하위 껍질을 결정합니다. 원자 오비탈의 모양도 이 숫자의 값에 따라 달라집니다. 방위각 양자수는 0에서 ( n -1)까지의 값을 갖는다.

• 자기양자수 m :

자기 양자 수의 값은 방위각 양자 수에 따라 다릅니다. 자기양자수 m 은 -l에서 l(0 포함)까지의 값을 갖는다. 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 자체 축을 중심으로 이동합니다. 이 움직임을 스핀이라고 하며 스핀 양자수가 관련되어 있습니다. + ½과 – ½의 두 가지 값만 있습니다. 각 원자 오비탈은 서로 다른 스핀 양자수 값을 가진 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 껍질과 부껍질

원자핵은 전자구름으로 둘러싸여 있으며, 전자구름에서 일정한 확률로 전자가 발견될 수 있습니다. 이러한 전자는 적절한 전자 껍질에 배열됩니다. 간단히 말해서, 전자 껍질 은 동일한 기본 양자수 n 을 갖는 수준입니다. 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 만듭니다). 각 전자 껍질은 문자로 식별됩니다. 따라서 n = 1인 경우 문자는 K이고 n = 2인 경우 문자는 L입니다(n이 1에서 7인 경우 문자는 K에서 Q입니다). 원자의 각 전자 껍질은 하위 껍질로 구성됩니다. 서브쉘 은 방위각 양자수 l 로 정의됩니다. 하위 껍질에는 정확하게 정의된 동일한 에너지 값을 가진 전자가 있습니다. 부껍질은 또한 특정 ‘용량’을 가지고 있습니다. 2*(2* l +1)을 포함할 수 있습니다. 여기서 l 은 방위각 양자수입니다. 부껍질에는 s, p, d, f, g, h 등의 문자 지정도 있습니다.

전자 구성

원자의 전자 구성 을 정확하게 결정하려면 에너지 준위의 순서(에너지 값이 증가함에 따라 개별 하위 껍질과 껍질의 순서)를 알아야 합니다. 구성은 개별 전자를 에너지 수준에 할당하는 것입니다. 원자의 두 가지 에너지 상태가 있습니다: 기저 상태와 여기 상태 . 전자가 확장 규칙에 따라 개별 오비탈에 분포될 때 바닥 상태를 관찰합니다. 그러면 에너지가 가장 낮습니다. 원자가 일정량의 에너지를 받으면 전자는 낮은 에너지 오비탈에서 자유로운 고에너지 오비탈로 이동할 수 있습니다. 그러면 원자의 여기 상태에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 기저 상태에 있는 원자의 올바른 전자 배열 을 찾기 위해서는 파울리 배타 원리를 관찰하면서 증가하는 에너지에 따라 개별 오비탈을 채워야 합니다. 이러한 원리에 따라 연속적인 껍질의 수, 연속적인 하위 껍질의 문자 지정 및 특정 궤도의 전자 수 표기법을 특징으로 하는 소위 전체 구성 표기법이 생성됩니다. 축약된 전자 구성 표기법 은 초기에 희가스 의 전자 구성 형태로 코어를 포함하며, 나머지 전자에 의해 보충됩니다.