원자모형의 변천과정

[류영인]

1) 원자 모형의 변천

돌턴의 원자 모형(1807) - 딱딱한 공모형 → 톰슨의 모형(1903) - 건포도가든 푸딩 모형 → 러더퍼드의 모형(1911) - 행성 모형 → 보어의 모형(1913) - 궤도 모형 → 현대의 모형 - 오비탈 모형

2) 보어의 양자론

원자핵 주위의 전자는 불연속적인 일정한 에너지상태로 존재한다. 수소 원자의 선(spectrum) 즉, 핵에서 가까운 순으로 K(n=1), L(n=2), M(n=3), N(n=4), O(n=5), P(n=6)···등으로 나타남.

전자껍질이름	K	L	M	N	O	P
주 양자수(n)	1	2	3	4	5	6

전자가 가장 낮은 에너지 준위에 있어서 가장 안정한 상태를 바닥상태라고 한다. 전자가 에너지를 흡수하면 높은 에너지 상태인 들뜬상태로 된다.

3) 오비탈

전자 껍질을 이루는 에너지 상태들로서 각 에너지 준위에서 전자가 원자핵 주위에 공간을 차지하는 것을 나타내는 함수로 원자핵 주위의 일정한 위치에서 전자가 발견될 확률을 나타낸 것. 오비탈 모형을 통해 원자핵 주위의 전자를 나타내면 구름 모양처럼 퍼져 보이므로 전자 구름 모형 이라고도 한다.

2. 확장 개념

1) 보어의 원자 모형에 따른 전자 배치

전자는 에너지 준위가 낮은 껍질부터 차례로 채워진다.(K → L → M → N → ···)

각 전자껍질에는 최대 2n²개의 전자가 채워질 수 있다. 배치된 전자 중에서 가장 바깥껍질에 배치되어 있으면서 원소의 화학적 성질을 결정하는 것을 원자가 전자라고 한다.

2) 양자수에 의한 오비탈의 종류

같은 전자 껍질이라도 전자가 가질 수 있는 에너지 상태는 여러 가지가 있을 수 있다.

3) 오비탈의 입체적 모형

(1) s 오비탈 : 전자가 구형 대칭 모양으로 퍼져 있는 상태로 방향성이 없다. 원자핵에서 같은 거리이면 전자가 존재하는 확률 분포가 동일하다.

(2) p 오비탈 : 전자가 원점에서 대칭인 각각 x, y, z축 방향으로 놓여있는 아령모양을 하고 있다. 전자를 발견할 확률은 핵에서의 거리와 방향에 따라 달라진다.

2Px

2Py

2Pz

4) 다전자 원자의 배치

전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈에서 부터 높은 오비탈 순으로 채워진다.

오비탈의 에너지 순서

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s < 4f < 5d < 6p < 7s < 5f < 6d

5) 파울리의 배타 원리

한 개의 오비탈에 스핀 방향이 반대인 전자가 2개까지만 채워진다. 그러므로 주 양자수 n에 존재하는 오비탈의 총 수가 n²개 이므로, 오비탈들에 허용되는 총 전자수는 2n²개 이다.

전자각	K각	L각		M각			N각
Orbital	1s	2s	2p	3s	3p	3d	4s	4p	4d	4f
전자 수	2	2	6	2	6	10	2	6	10	14
총 전자수	2	8		18			32

6) 훈트의 규칙

에너지 준위가 동일한 여러 개의 오비탈에 전자가 채워질 때는 각 오비탈마다 전자가 한 개씩 채워진 후, 스핀 방향이 반대인 전자가 차례대로 채워진다. 그 이유는 짝을 갖지 않는 전자가 많을수록 전자간의 반발력이 작아서 안정하기 때문이다.

7) 전자점식

원자 주위의 원자가 전자들을 점으로 표시한 식이다.

주요 원자들의 전자점식은 위와 같은 형식으로 표현되며 분자들의 전자점식의 원리는 아래와 같다.

출처 네이버 지식백과

애들아 나 화학 너무 재밌다............

[유정]

우와 화학시간에 배웠던 원자모형의 변천과정을 잘 정리했다