Across the Universe

네!!! 안녕하세요 -ㅁ-// 재밋는 전자배치 입니다..

전자배치를 배우기전에 양자수에 대한 개념부터..

• 양자수(Quantum Number)

양자 수는 입자가 존재할 수 있는 위상공간(phase space)의 좌표입니다. 스핀(spin) 1/2인 페르미온(fermion) 입자는 한 양자상태에 한개 밖에 존재하지 않으며 스핀이 1인 보존(boson)입자는 동일한 양자상태에 여러개가 존재할수 있습니다.

한국말인데도 어렵네요.. -ㅁ-;;;

• 파울리의 배타율(Pauli's Exclusion Principle)

스핀(spin) 1/2인 페르미온(fermion)은 한 양자 상태에 한 개밖에 존재할 수 없습니다.

오비탈
원자핵 주위의 각 전자껍질에 분포되어 있는 전자의 배열 양식 입니다.

1. 주양자수(Principal Quantum Number) - 전자껍질 n (1,2,3,4,... =K,L,M,N,...)
   
2. 방위 양자수(Angular momentum quantum number) l=0,1,2,...,(n-1) (0,1,2,...=s,p,d,f,g,,,)
   
3. 자기 양자수(Magnetic quantum number) m= -l,-l+1,...,0,1,2,l-1,l
   
4. 스핀 양자수(Spin quantum number) s=1/2(↑), -1/2(↓)

예로.. n=2일 경우 l=0,1
                         l=0 이면 m=0 ==>2S
                         l=1 이면 m=-1,0,1 ==>2px, 2py, 2pz (x,y,z 는 편의상)
                               각각 m 에 대해서 s= ↑↓

전자배치(Electron configuration)

• p 오비탈은 3개의 부오비탈(sub-orbital)을 가지고 있으며 모두 3x2=6개의 전자가 들어갈 수 있습니다.
• d 오비탈은 5개의 부오비탈을 가지고 있어, 5x2=10개의 전자가 들어갈 수 있습니다.
• f 오비탈은 7개의 부오비탈을 가지고 있어, 7x2=14개의 전자가 들어갈 수 있습니다.
• s와 p오비탈이 채워져 최외각 전자(covalence electron)가 모두 8개가 되면 원자는 화학적으로 가장 안정한 전자배치를 가지게 됩니다. 이것이 Octet rule !!

예를 몇개 들어봐야겠습니다.
산소(oxygen)는 원자핵의 양성자수가 8로서 모두 8개의 전자를 가지며 질량수는 16입니다.
n=1 l=0 m=0   1s2 ==>2
n=2 l=0,1 m=-1,0,1  2s2 2p6(2Px2 2Py2 2Pz2) ==>8
n=3 l=0,1,2 m=-2,-1,0,1,2 3s2 3p4(2Px2 2Py1 2Pz1) ==>6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 이렇게 전자배치 완료~

이번엔 칼슘을 해봅시다~
아까와 같이, 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 ==>여기까지 18개의 전자배치가 됐습니다. 나머지 두개는?
아래에 나올 에너지 준위와 관련이 있는데 4s2가 나오게 됩니다.. 그리하여 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

훈트의 법칙(Hund's Rule)
짝짓지 않은 전자인 홀전자가 많을 수록 전자 사이의 전기적 반발력이 작아서 안정하기 때문에 에너지 준위가 같은 오비탈에는 홀전자가 많아지도록 전자가 한 개씩 채워진 후에 스핀이 반대인 전자가 쌍을 이루어 채워진다.

<여기 재밋는 영상이 하나 있습니다.. 에너지 준위를 설명 해 놓았군요..>

이 영상에서 보면 3d 가 나오지 않고, 4s 가 먼저 나오게 되는데요..
n=4의 Low state는 n=3의 High state 보다 먼저 채워지게 되는데 에너지 준위가 낮은 4s를 먼저 쓰게 되는군요! 이러면 19, 20번 원자의 전자배치가 이러하다는걸 알겠죠.. K 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S1 Ca 1S2 2S2 2P6 3S2 3P6 4S2, 그리고 21번 원자는 4S2 다음에 3D1 이 오게 됩니다 ^-^//