원자,분자,전자,양이온,음이온

[greekim]

원자는 화학의 기본단위입니다.

원자는 원자핵과 그 주위를 공전하고 있는 전자로 이루어져 있으며,

원자핵은 +전하를 띠는 양성자와 전기적 중성을 띠는 중성자로 이루어져 있습니다

그리고 양성자와 중성자가 한데 뭉쳐있게 해주는 중간자로 이루어져있죠,

쉽게 말하면 스튜같은 상태라고 할수있습니다.

중성자 국물에 양성자와중성자가 함께 들어있는것이죠,

전자는 -전하를 띠는 아주작은 미립자로써 원자핵 주변을 공전합니다.

또한, 핵에 들어있는 양성자의 숫자 만큼 존재합니다.

예를 들자면, 네온은 핵에 양성자가 10개 존재합니다. 

원자는 중성상태가 안정하므로 네온원자핵은 전자 10개를 가지고 싶어합니다.

그렇게 되면 전자 10개가 네온 원자핵 주변을 공전하는 것이죠,

전자의 운동은 관찰할수가 없다고 합니다.

광자에 의해서 운동방향이 수정되기때문에 눈으로 관찰하는게 불가능합니다.

그래서 현대의 원자모형은 구름모형이라고 해서 오비탈 함수로 표현하게 됩니다.

이함수에서 전자의 존재하는 공간은 확률적인 공간입니다.

분자는, 원자의 안정한 상태를 말합니다.

보어의 원자 모형에 따르면 원자 주변에는 여러 껍질이 있어서 그 껍질에서 전자가 운동한다고 합니다.

원자핵으로 부터 K,L,M,N... 식으로 껍질을 명명하는데

원자핵에 가장 가까운 K껍질의 경우에는 특이하게 전자를 2개까지 가질수 있으며

그 다음 껍질부터는 8개씩 전자가 채워지게 됩니다.

그런데, 신기하게도 원자는 이껍질에 전자가 가득채워져 있는 상태에서 원자는 안정해 집니다.

예를 들어 수소의 경우 원자핵의 양성자수는 1개 이므로 전자를 한개 가지게 되는데,

K껍질에서 전자는 최대 두개까지 채워질수 있으므로 수소의 전자 껍질은 뭔가 부족한 허전한 상태가 되어 버립니다.

이렇게 되면 다른곳에서 전자를 하나 빌려오고 싶어지는데, 애석하게도 수소의 양성자는 1개 이므로 더이상 전자를 불러오면, 안정해지지 않죠. 이때 이 수소가 전자를 한개 가진 다른 수소를 만나면, 서로 전자가 부족하기때문에 각각의 전자를 공유하게 됩니다. 이렇게 생성된 결합을 공유결합이라고 하고, 형성하는것을 분자라고 합니다.

이경우에는 수소분자라고 하면 수소의 이(2)원자 분자로써  H₂를 형성하지요

그런데 가끔씩 혼자있어도 괜찮은 원자도 존재합니다. 아까예를든 네온의 경우에는 전자가 10개 존재하므로 제일처음의 K껍질에 두개를 다채우고 그다음의 L껍질에 여덟개를 채워서 전자껍질을 포화상태로 만들수 있습니다.

이경우에는 전자가 더필요하거나 한경우가 아니므로 네온은 자연계에서도 홀로 존재할수있습니다.

이경우 네온은 단일원자로 한분자를 생성하게 됩니다.

양이온은 +전하를 띠는 원자를 지칭하는 말로써, 전자가 양전자보다 하나 부족한 상태입니다.

Na의 경우 양전자가 11개여서 K껍질에 2개 L껍질에 8개 M껍질에 1개 순으로 전자가 차곡차곡 채워집니다.

그런데 M껍질의 경우 앞으로 전자가 7개가 더 들어와야 안정해지는데, 이런경우에 원자가 전자를 7개 더 불러오는것은 매우 힘드므로, 차라리 M껍질의 전자한개를 떨어뜨려 버립니다.

이렇게 되면 전자껍질은 안정해지나 양전자는 11개 인데반해 전자는 10개가 되어버려 전기적으로 중성을 띠지않고 +1의 전하량을 가지게 됩니다

이게바로 +1가의 양이온인것이죠

이쯤되면 음이온은 어떤것인지 대충 이해가 갔을것이라고 생각합니다.

예상 가능하듯이 전자가 외부로부터 더 들어오면 음이온이됩니다.

Cl[염소]의 경우, 양전자가 17개이므로 전자를 17개 가지게 됩니다, 그렇게 되면 아까의 나트륨과는 반대로 M껍질에 전자가 7개가 남게됩니다. 이렇게 되면 다시 원자는 전자를 7개를 떨어뜨리거나, 전자를 1개 더받아서 안정한 상태를 유지하려 하는데, 전자를 7개 떨어뜨리는것은 매우 힘드므로, 차라리 전자를 1개 더 받아서 안정한 상태를 유지합니다.

이상태가 -1가의 음이온이되는것이죠,

앞서 예를 들었던 수소는 +1가와 -1가가 모두 가능합니다

전자가 한개이기때문에 아예 띠어버리거나 아예 붙여서 만들거나 하는게 가능한 것이죠,

그렇다면 이온으로 존재하면 되지 왜 분자를 이룰까하고 생각하는 사람들이 많을겁니다.

원자는 앞서 중성 상태가 안정하다고 했지요, 이런경우에 +x가의 이온과 -x가의 이온이 많이 생기기때문에

+와 -전하를 띄는 이온들끼리 만나 화합물을 생성하게 됩니다.

이렇게 되면 전기적으로 안정한 상태가 되는것이죠