오비탈과 전자 배치

1. 오비탈
 일정한 공간에서 전자가 원자핵 주위에서 발견될 확률 밀도를 나타내는 것으로서 궤도 함수라고도 함

2. 오비탈을 나타내는 방법
 (가): 전자가 발견될 확률 밀도를 점을 사용하여 나타냄

오비탈을 점을 사용하여 나타냄

 (나): 90%의 확률 밀도 지점을 경계면으로 나타냄

오비탈을 90%의 확률 밀도 지점을 경계면으로 나타냄

3. 오비탈을 종류
 오비탈의 모양, 즉 전자가 발견될 확률 밀도가 높은 공간의 모양에 따라 구분하고,s, p, d, f, … 등의 기호를 사용하여 나타냄
s 오비탈(구 모양): 방향에 관계없이 원자핵으로부터 같은 거리에서 전자를 발견할 확률은 같음
주양자수가 커질수록 오비탈의 크기가 커지고 에너지 준위는 높아짐

오비탈

p 오비탈(아령 모양): x축, y축, z축에 놓여 있는 px, py, pz 3개의 오비탈이 있음
핵으로부터의 방향에 따라 전자가 발견될 확률이 다르기 때문에 방향성이 있다고 함

오비탈

4. 오비탈의 표시와 수
 오비탈은 주양자수 n과 오비탈의 종류를 함께 사용하여 1s, 2s, 2p, …로 나타내는데 각 전자껍질에는 주양자수가 같은 오비탈이 존재함

전자껍질
K
L
M
N
주양자수(n)
1
2
3
4
오비탈 종류
1s
2s, 2p
3s, 3p, 3d
4s,4p, 4d, 4f

5. 오비탈의 에너지 준위
 수소 원자의 에너지 준위: 주양자수가 같으면 오비탈의 종류에 관계 없이 에너지 준위는 같음

1s < 2s = 2p < 3s = 3p = 3d < 4s = 4p = 4d = 4f < …

 다전자 원자의 에너지 준위: 주양자수뿐만 아니라 오비탈 종류에 따라서도 에너지 준위가 달라짐

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

전자 배치

1. 파울리 배타 원리
 하나의 오비탈에는 최대 2개의 전자가 채워질 수 있으며, 두 전자의 스핀 방향은 서로 달라야함

파울리 배타 원리

2. 훈트 규칙
에너지 준위가 같은 오비탈에 전자가 채워질 때 가능한 한 전자는 쌍을 이루지 않게 배치될 때 가장 안정함

훈트 규칙

원자 번호가 6번인 탄소의 바닥 상태의 전자 배치는 (가)가 아니라 (나)임

3. 쌓음 원리
 바닥 상태인 원자의 전자 배치는 에너지가 낮은 오비탈부터 순서대로 전자를 채워 나감

쌓음 원리

쌓음 원리

보어의 원자 모형에 의한 원자의 전자 배치

1. 보어의 원자 모형에 의한 전자 배치
 각 전자껍질에 채워지는 전자 수를 나타낸 것으로, 전자는 에너지 준위가 낮은 K 전자껍질부터 차례로 채워짐
K (2)→L (8)→M (18)→N (32)→… 순으로 전자껍질에는 최대 2n2개의 전자가 채워짐
1H:K (1), 6C:K (2) L (4), 8O:K (2) L (6)

2. 전자 배치와 원자가 전자
 가장 바깥쪽 전자껍질에 채워지는 전자(원자가 전자)가 그 원소의 화학적 성질을 결정함→원자가 전자 수가 같으면 화학적 성질이 비슷함