전자 오비탈의 에너지가 높아지는 순서와 음양체질

[솔롱고]

전자 오비탈의 에너지가 높아지는 순서와 음양체질

원소들은 방향성이 있고 뿐만아니라 순환성도 공존합니다.

이것은 전자의 오비탈과 에너지가 높아지는 순서를 통해 표현됩니다.

전자의 증가(원자번호, 양성자의 증가이기도 함)는 방향성을 나타내고, 전자의 오비탈과 에너지가 높아

지는 순서는 순환성을 나타냅니다.

이를 통해 원소는 전자를 통해 방향성과 순환성을 동시에 공존시킵니다.

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​<전자의 에너지가 높아지는 순서와 오비탈 모양 그리고 결합 방식>

<그림출처 : ​Atomic orbital - 위키백과>

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                             <원소들의 에너지가 높아지는 순서>​

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​                     <가돌리늄의 전자배치와 에너지가 높아지는 순서>

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원자번호 64번 가돌리늄은 원자번호 54번 제논을 내핵으로 하나의 덩어리로써 가두어 두고,

외핵인 4f⁷ 5d¹ 6s²의 10개의 전자들로 구성되어 있습니다.

이때 가돌리늄의 원소로서의 특성을 나타내는 것은 4f⁷ 5d¹ 6s²의 전자 입니다.

<그림출처 : ​Atomic orbital - 위키백과>

주양자수(n)에 의해 위의 그림과 오비탈의 위치가 자리잡히고, 궤도양자수(l)에 해당하는 l = 0, 1,  2,  3...

일때 각각 s,  p,  d,  f ...가 되며, 이때 오비탈들의 모양이 결정됩니다.

이때는 전자의 에너지가 높아지는 순서와는 상관없고, 전자의 에너지가 높아지는 순서는 바로 아래의

그림과 같이 현재의 주기율표의 순서이며 화살표처럼 약간 엊갈리게되어 있습니다.

이것은 양자수에 에너지가 높아지는 순서가 적용되었기 때문입니다.

따라서 현재의 원소주기율표는 양자수에 에너지가 높아지는 순서가 적용된 것입니다.

그리고 위의 오비탈 모양은 전자가 발견될 수학적인 확률의 모양이므로 스핀양자수는 고려되지 않았기

때문에 전자의 위치와 스핀양자수가 꼭 일치하는 것은 아닙니다. 

​                      <원소주기율표에 따른 양자수(n,l,m)> 

원소들은 저마다 고유의 주양자수(n), 궤도양자수(l), 자기양자수(m)를 가지고 있습니다.

여기서 하나가 더 포함되는게 스핀양자수(ms)입니다.

원소의 형태는 주양자수, 궤도양자수, 자기양자수이지만,

원소의 특성(성질)을 결정하는 것은 스핀양자수 입니다.

주양자수, 궤도양자수, 자기양자수는 전자가 발견될 위치를 알려줄 수 있지만, 특성(성질)까지는 알려

주지는 못합니다.

따라서 4가지 양자수가 모두 고려되어야 합니다.

전자친화도를 바탕으로 전형원소와 전이원소는 뚜렷한 순환 패턴을 가지고 있습니다. ​

전형원소의 18족과 전이원소의 12족에서는 전자친화도가 가장 낮습니다.

따라서 전형원소안에 자신과 닮은 전이원소를 2족과 13족 사이에 품고 있는 형태입니다.

이것은 프랙탈(fractal)처럼 나타납니다.

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헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤 등의 18족 원소들은 그 주기에서 전자가 오비탈에 꽉 찬 상태이므로 내핵

으로 간주되고, 마치 하나의 덩어리로써 내핵은 가장 안정한 상태입니다.​

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위 그림의 붉은 원은 전자의 에너지가 높아지는 순서가 아니라, 껍질 주기를 기준으로 전자배치를 한

것입니다.

보통의 원자모형은 주기의 K, L, M, N​, O, P, Q..의 껍질을 기준으로 전자배치를 합니다.

원소의 K, L, M, N​, O, P, Q..의 껍질이 전자의 방향성을 나타낸다면, s, p, d, f는 전자의 순환성을 나

타냅니다.

따라서 이 두가지가 공존하고 있습니다.

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스칸듐은 최외각전자가 2개이지만, 주된 산화상태는 3+ 입니다.​

아연은 전자 2개를 쉽게 잃어 2+의 산화상태를 가지며, 2+ 산화상태에서 3d 궤도의 전자가 다 채워져

있기 때문에 반자기성을 갖습니다.

란타넘은 희토류원소중에서 반응성이 가장 큽니다. 다른 원소들과 ​직접 반응하여 산화되기 쉽습니다.

​가돌리늄은 현재 알려진 원소중 가장 많은 8개의 짝짓지않은 전자(unpaired electron,홑전자)를 가지고

있는 원소입니다. 

가돌리늄은 MRI 촬영의 조영제(X선을 흡수하여 윤곽을 나타내줌)로 사용됩니다. 

이터븀은 4f 궤도에 전자가 다 채워져있기 때문에 다른 희토류들과는 달리 2+ 산화상태에서도 안정

하며 강한 환원제 입니다.​

위의 그림은 전자의 에너지가 높아지는 순서와 스핀양자수를 음(陰,-)과 양(陽,+)의 순환(循環)에 따른

체질(體質)적 특성과 맞춰본 것입니다

(어차피 원소의 화학적 성질을 결정하는 것은 에너지가 높아지는 순서와 스핀양자수 이므로).

<그림출처 :

​http://ne.phys.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld3_E/3Part2_E/3P26_E/shell_model_E.htm>

위의 그림은 원소들이 다른 때와는 달리 안정화 되며 결합에너지도 커지는 껍질의 상태(성질)를 나타

냅니다(안정하기 때문에 결합을 떼려면 많은 에너지가 필요해서 결합에너지가 큼).

화학에서보는 양자수와 물리학에서 보는 양자수(quantum number)는 다른데, 화학적으로 보면 양자수는

전자가 주된 역할을 하며 화학적 특성을 결정하는 요소입니다.

물리학적으로 보면 양자수에서 전자는 큰 의미가 없고 중성자가 물리적 특성을 결정하는 요소입니다. 

원소들의 음과 양의 순환적 체질적 특성은 전자의 에너지가 높아지는 순서와 스핀양자수와 잘 일치합

니다.

(한국순환학회.applepop)