[유기화학에 대한 소개 : 화학결합]원자가 전자








  

양자수

1. 주양자수(principal quantum number, n)

① 전자의 에너지 준위를 결정해주는 양자수로서 n값이 높으면 에너지가 크다.

② 값은 n=1. 2. 3. 4. 5 ․․․의 값을 가지며 전자 껍질을 나타낸다.


2. 부양자수(azimuthal quantum number, l )

① 방위양자수라고도 하며 전자의 각 운동량을 결정해주는 것으로 오비탈의 모양을 결정해주는 양자수이며 전자 부 껍질을 나타낸다.

② 값은 ℓ = 0, 1, 2, 3, 4․․․(n-1)까지의 값을 가진다. ℓ = 0인 경우는 s 오비탈, ℓ = 1 인경우를 p 오비탈, ℓ = 2인 경우는 d 오비탈, ℓ = 3인 경우를 f 오비탈 이라 한다.

(예 : n = 3인 M 껍질에는 3가지 오비탈 s, p, d 가 존재한다. n = 3 ⇒ ℓ = 0, 1, 2)

③ 다전자 원자인 경우에는 주양자수 뿐만 아니라 부양자수에 의해서도 에너지 준위가 결정되는데 그 에너지 순서는 다음과 같다. ⇒ 오비탈의 에너지 준위는 (n + ℓ)에 의해 결정된다.

④ orbital의 E 준위 : 1s 〈 2s 〈 2p 〈 3s 〈 3p 〈 4s 〈 3d 〈 4p ․․․



3. 자기양자수(magnetic quantum number, m)

① 오비탈의 방향을 결정해주는 양자수이다. 값은 m= -ℓ 부터 +ℓ 까지의 값을 가진다.

② ℓ=1인 경우인 p 오비탈을 보면 세 개의 오비탈이 존재하게 된다.(-1, 0, +1) 각각을 px, py, pz라 한다.


4. 스핀양자수(spin quantum number, s)

전자의 자전 방향을 결정해주는 양자수이다. 값은 +1/2, -1/2이다.



전자 배치 원칙

1. 축조원리(Aufbau principle)

전자는 에너지가 낮은 오비탈부터 차례로 채워지게 되는데 이것을 축조 원리라고 한다. 이 때 하나의 오비탈에 들어갈 수 있는 전자는 최대 2개이다. 

예 : 1s 〈 2s 〈 2p 〈 3s 〈 3p 〈 4s 〈 3d 〈 4p․․․의 에너지 준위에서 1H의 전자배치는 1s1, 2He의 전자배치는 1s2이다.


2. 파울리의 배타원리(Pauli's exclusion principle)

한 개의 오비탈에는 스핀이 다른 2개의 전자까지만 들어갈 수 있으며 한 오비탈에는 n, l, m, s의 양자수가 모두 같은 전자는 존재할 수 없다. 예컨대 1s 오비탈에는 전자는 2개가 들어갈 수 있으며 그 전자는 스핀이 다른 전자이어야 한다.


2. 훈트의 규칙

같은 에너지 준위의 오비탈에는 우선 전자 한 개씩을 수용한 후에야 두 번째 전자가 받아들여 진다. 즉 에너지의 준위가 같은 여러 개의 오비탈에 전자가 들어갈 때에는 홑전자의 수가 많을수록 안정하다. 왜냐하면 홑전자의 수가 많을수록 전자사이의 반발력을 최소화 할 수 있기 때문이다.

 


원자가 전자

원자가 전자는 가장 높은 주양자수에 들어있는(가장 바깥 껍질에 들어있는) 전자의 수를 말하는 것이며, 이 원자가 전자의 수는 물질의 화학적 성질을 지배하게 된다. 예컨대 7N의 전자배치는 1s22s22p3이며 원자가 전자수는 2s에 2개, 2p에 3개로서 5개이다.

 


홑전자(unpaired electron)

원자가 전자들 중 짝이 지어지지 않은 전자를 의미하며 하나의 오비탈에 전자 2개가 쌍을 이루고 있으면 전자쌍이라고 부르고 한 개의 전자만 있으면 홑전자라고 부른다.

예 : N 1s22s22px12py1pz1에서 원자가 전자는 가장 높은 주양자수에 들어있는 전자의 개수 5이며, 홑전자수는 2px12py1pz1등 3개이다.

 


Octet rule

원자가 전자는 최대 8개까지만 가질 수 있다는 원리이며 화학에서 가장 중요한 원리중의 하나이다. 원자가 전자가 8개가되면 안정화된다.

① 11Na 1s22s22p63s1 ⇒ 원자가 전자는 1이므로 Na는 전자 한 개를 잃어 Na+ (1s22s22p6 원자가 전자 8 = Ne의 전자배치) 되려는 경향이 강하다.

② 17Cl 1s22s22p63s23p5 ⇒ 원자가 전자가 7이므로 Cl은 전자 한 개를 얻어 Cl- (1s22s22p63s23p6, 원자가 전자 8 = Ar의 전자배치)이 되려는 경향이 강하다.





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