전자 구성 차트는 요소의 전자 구성에서주기적인 요소 테이블을 내려갈 때 전자 구성에서 패턴을 표현하는 것입니다. 전자 구성 차트는 요소의 궤도 구조와 해당 궤도가 전자로 채워지는 방법에 대한 정보를 제공합니다.
전자 란 무엇입니까?
전자는 원자의 핵을 둘러싼 껍질에 존재합니다. 이 껍질에는 전자가 거주하는 껍질의 영역 인 궤도가 있습니다. 각 궤도에는 전자에 대한 유한 수의 반점 만 있습니다. 원자는 안정적인 구성에 도달 할 때까지 전자로 쉘의 궤도를 채 웁니다. 일반적으로 전자는 먼저 하위 레벨 궤도에서 하위 수준의 궤도를 완전히 채우기 전에 먼저 더 높은 궤도로 이동합니다.
전자는 특정 순서로 궤도를 채 웁니다. 요소의 전자 구성 차트는 요소를 가로 지르는 전자 구조의 주기성을 보여줍니다.
전자 구성 설명
이 차트에서 숫자 (1, 2, 3,…)는 Principal Quantum Number 이라고합니다. , n 이라고합니다 전자 쉘에 해당합니다. 따라서 1은 첫 번째 쉘, 2는 두 번째 쉘 등을 나타냅니다. 모든 전자 쉘 n , 그 껍질은 총 2 을 담을 수 있습니다 ² 전자. 따라서 쉘 1은 총 2 개의 전자를 보유 할 수 있으며, 쉘 2는 총 8 개의 전자, 쉘 3 개 총 18 등을 보유 할 수 있습니다.
각 문자 (s, p, d, f)는 특정 궤도 (때로는 서브 쉘이라고 함)에 해당합니다. 1s는 첫 번째 쉘의 s 궤도를 말하고, 3p는 3 번째 쉘의 p 궤도를 나타냅니다. 각 궤도 (s, p, d, f)는 그것과 관련된 숫자를 가지고 있으며, azimuthal Quantum 번호, . 때로는 라고도합니다 . 이 숫자는 궤도의 모양을 설명합니다. 값 ℓ =0, 1, 2, 3은 각각 궤도 S, P, D 및 F에 해당합니다. 주어진 궤도에 맞을 수있는 총 전자 수는 2 (2+1)에 의해 결정됩니다. 따라서, S 궤도는 총 2 개의 전자를 보유 할 수 있으며, p 궤도는 총 6 개의 전자, A d 궤도 10 및 f 궤도 14를 담을 수있다.
주어진 요소의 경우 해당 요소의 전자 구성은 일부 쉘 레이블 및 궤도 레이블 시퀀스로 표시 될 수 있습니다. 각 궤도에서 전자의 양은 슈퍼 스크립트로 표시됩니다.
예를 들어, 수소를 고려하십시오. 수소 (H) 전자 구성 표기법은 1S¹입니다. 이 표기법은 수소가 첫 번째 쉘에 S 궤도에 1 개의 전자가 있음을 의미합니다. 마찬가지로, 헬륨 (HE)에 대한 표기법은 1S²이기 때문에 헬륨은 첫 번째 쉘의 궤도에 2 개의 전자가 있기 때문입니다. 탄소 (C)에 대한 표기법은 1S²2S²2p²입니다. 탄소는 제 1 쉘의 S 궤도에 2 개의 전자, 쉘 2의 궤도에 2 개의 전자, 2 개의 전자가 쉘 2의 p 궤도에 전자를 갖는다.
.실제로, 전자가 궤도를 채우는 패턴을 인식하여 모든 요소에 대한 전자 구성 표기법을 파악할 수 있습니다. 위의 차트의 적색 대각선은 원자가 궤도를 채우는 시퀀스를 나타냅니다. 일반적으로 원자는 더 높은 궤도를 채우기 전에 하위 수준의 궤도를 완전히 채 웁니다. 원자는 p 궤도를 채우기 전에 주어진 쉘의 모든 s 궤도를 채우고 d 궤도를 채우기 전에 모든 p 궤도를 채 웁니다. 따라서, 원자는 2S 궤도, 2s 궤도 이전의 2s 궤도, 3S 궤도 이전의 2p 궤도 등을 채우기 전에 1s 궤도를 채 웁니다. 전자가 상위 수준의 궤도를 채우는 경향은 때때로 aufbau 원리라고도합니다.
전자가 궤도를 채우고 각 요소의 전자 수를 알고있는 순서를 알고 있기 때문에 각 요소에 대한 고유 한 전자 구성 표기법을 구성 할 수 있습니다. 처음 10 개의 요소로 발생하는 패턴을 검사하십시오 :
- h =1S¹
- 그는 =1s²
- li =1S²2S¹
- be =1S²2S²
- b =1S²2S²2P¹
- c =1S²2S²2p²
- n =1S²2S²2P³
- o =1S²2S²2p⁴
- f =1S²2S²2p⁵
- ne =1S²2S²2p⁶
전자 구성은 주기적 순서를 따른다. 주어진 요소에 대해 표기법이 올바른지 확인하는 한 가지 방법은 표기법의 지수의 합이 해당 요소의 원자의 전자 수와 동일인지 확인하는 것입니다. 붕소 (b)는 전자 구성 1s²2S²2p¹가 있습니다. 모든 후퍼 스크립트 번호를 추가하면 5 개의 전자가 있습니다.
때로는 전체 표기법을 작성하는 것이 특히 전자가 많은 원자의 경우 시간에 쓸모가있을 수 있습니다. 따라서 과학자들은 종종 약식 표기법을 사용할 것입니다. 전자 구성은 코어 전자로 구성된 것으로 볼 수 있으며, 이는 가장 최근의 고귀한 가스의 구성과 원소의 원자가 (외부 전자) 구성과 동일합니다. 따라서 20 개의 전자를 갖는 칼슘 (Ca)의 전자 구성은 [ar] 4S²로 작성할 수 있습니다. 본질적으로,이 표기법은 칼슘의 전자 구성이 아르곤의 구성, 이전 기간의 고귀한 가스, 칼슘의 원자가 전자 (4S²)와 동일하다는 것을 의미합니다. 과학자들이 큰 원자와 분자를 다룰 때 속기 표기법이 도움이됩니다.
전자 구성 및 주기성 테이블
전자 구성 다이어그램이 주기적 요소 테이블의 순서를 반영하는 이유는 매우 좋은 이유가 있습니다. 주기율표는 요소의 화학적 특성의주기적인 경향을 반영하기 위해 배치됩니다. 결과적으로, 이러한 특성은 요소의 전자 구성에 의해 직접 결정됩니다. 따라서 주기율표의 구조는 요소의 전자 구성에서주기적인 경향을 반영한다는 것이 합리적입니다.
예를 들어, 그룹 2의 모든 요소의 모든 전자 구성은 [x] ns² 형태로 표현 될 수 있습니다. 여기서 [x]는 이전 기간의 고귀한 가스의 구성이며 n 주요 양자 수입니다. 마찬가지로, 그룹 7 (Halogens)의 모든 요소는 [x] n 로 작성 될 수 있습니다. s² n p⁵.
또한 주기율표를 블록 (S, P, D 및 F 블록)으로 분할하면 해당 블록에서 요소의 원자가 전자의 구성을 반영합니다. S- 블록의 궤도 서브 쉘을 채우는 데 2 개의 전자 만 필요하기 때문에 S- 블록은 폭 2 블록입니다. 마찬가지로, p- 블록은 6 개의 전자가 P 궤도를 채우는 데 6 개의 전자가 필요하기 때문에 6이 6입니다.
aufbau 원칙의 한계
일반적으로 요소가 가장 많이 사용 가능한 가장 낮은 에너지 쉘을 먼저 채우고이 추세가 실험적으로 검증 된 것으로 가정합니다. 그러나 D- 블록 전이 금속 요소에서 가장 주목할만한 Aufbau 원칙에는 소수의 예외가 있습니다.
예를 들어 구리 (Cu)는 Aufbau 원리의 적용이 암시하는 것과 상충되는 전자 구성을 갖습니다. 규칙에 따르면, 4S 궤도는 3D 궤도 전에 채워야하기 때문에 구리는 [ar] 4S²3d⁹의 구성을 가져야합니다. 그러나, 구리의 실제 전자 구성은 [AR] 4S¹3d¹⁰입니다. 구리 원자에서, 4S 궤도로부터의 1 개의 전자는 3D 궤도로 이동하여 반으로 가득 찬 4S 궤도를 남긴다. Aufbau 원칙에 따르면, 4S 궤도는 3D 궤도 전에 채워야합니다. 그래서 무슨 일이 일어나고 있습니까?
구리의 경우, 전자는 전체 orbitals와 반으로 가득 찬 궤도가 비교적 안정적인 구성이기 때문에 이동합니다. 구리는 4S 궤도의 두 전자 중 하나를 움직여 3D 궤도를 완전히 채 웁니다. 반으로 가득 찬 4S 궤도와 완전히 채워진 3D 궤도는 전체 4S 궤도와 9 개의 전자가있는 3D 궤도보다 더 안정적이므로 원자는 이전 상태를 선택합니다.
Aufbau 원리에 대한 이러한 예외의 존재는 원자 궤도가 원자의 핵의 전하와 원자의 다른 궤도에서 전자의 존재에 의해 영향을 받기 때문이다. 이러한 예외는 더 무거운 요소를 향한주기적인 테이블을 올라 가면서 더 널리 퍼집니다. 무거운 원소의 크고 부피가 큰 핵은 주변 궤도에 상당한 힘을 발휘하여 원자가 Aufbau 원리와 상충되는 전자 구성을 수행 할 수 있습니다. 이 경우 전자 구성은 Hartree-Fock Analysis라는 수학 기술을 사용하여 계산되어야하며, 이는 궤도 형태에 대한 다른 전자의 영향을 설명하는 것을 목표로합니다.
.또한, Aufbau 원리는 화합물이 궤도 서브 쉘을 어떻게 채우는 지 설명하지 않습니다. 분자 궤도 이론의 분지는 화합물의 궤도 구조를 설명하기 위해 존재합니다. 분자 궤도 이론은 화합물에서 궤도의 위치와 전자의 파도와 같은 특성으로 인해 결합을 형성하는 궤도의 위치를 설명합니다.
화합물에서, 원자 궤도는 결합하여 하이브리드 궤도를 형성한다 . 예를 들어, 메탄 분자 (CH 4 ), 1s 및 2p 궤도 또는 탄소 원자는 각각의 수소 원자에서 4 개의 1s 궤도 각각과 결합하여 각각 4 개의 하이브리드 궤도를 형성하고, 각각은 sp³를 나타낸다. 분자의 3 차원 기하학은 그것이 형성되는 하이브리드 궤도에 의해 결정된다. 선형 기하학을 갖는 분자는 하이브리드 화 된 SP 궤도를 갖고, 삼각 평면 형상을 갖는 분자는 SP² 하이브리드 화를 갖고, 사면체 형상을 갖는 분자는 SP³ 혼성화를 갖는다.
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