[일반화학] 11. 전자배치도

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원자번호에 따른 전자배치(electron configuration)는 오비탈 도식(orbital diagram)에서 아래와 같이 나타난다.

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그림 1. 수소의 오비탈 도식

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오비탈 도식에서 오비탈은 □이고, 전자는 ↑로 나타낸다. 주의할 점은 전자를 나타내는 화살표의 머리가 완전하게 그려지면 안된다는 점인데, 이는 화살표 머리가 전자의 특정한 spin을 가리키기 때문이다.

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즉, 전자가 갖는 2가지 스핀은 다음과 같이 구분되어 표시된다.

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전자가 가질 수 있는 두 가지 스핀(+1/2, -1/2)은 반쪽 화살표 머리로 구분된다.

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수소의 오비탈 도식 외에 나머지 원소의 오비탈 도식은 아래 그림들로부터 확인할 수 있다.

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리튬(Li)은 헬륨의 오비탈이 전부 다 찬 상태에서 2s 오비탈에 1개의 전자가 더 채워진 원자와 같다. 따라서 약어로 다음과 같이 쓰기도 한다.

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[He]은 핵심전자(core electrons)을 의미하고, 2s^1의 1은 최외각전자(valence electron)과 같다.

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같은 논리로 소듐(Na)이온은 다음과 같이 쓸 수 있다.

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그림 2. Core electrons and Valence electrons

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전이 원소의 전자배치도

1. 4주기 원소를 기준으로 4s 오비탈이 먼저 채워진 뒤, 3d 오비탈이 채워진다.

- 4s오비탈은 3d오비탈과 매우 비슷한 에너지 준위를 갖는다. (정확하게는 4s오비탈이 3d오비탈보다 에너지 준위가 '약간' 낮다.) 따라서 적어도 4s오비탈에 전자가 한 개는 채워진다. ⇒ 주양자수가 크더라도 각운동량 양자수에 따라 오비탈의 에너지 준위가 더 낮을 수 있다.

- 침투효과

- 전자 가리움 효과

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2. 전자배치 예외법칙(exceptional configuration): 중성 상태의 4주기 전이금속 원소의 원자가 전자는 1개 또는 2개이며, 24번 크롬과 29번 구리의 4s 오비탈에는 전자가 1개씩 존재한다.

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오비탈의 구형대칭성

1. 한 원자의 오비탈에 채워진 전자 간 반발력이 최소화되기 위해서는 전자들이 가능한 구형을 이루어야 한다.

2. 전형원소는 1, 2, 15, 18족 원소의 바닥상태 전자구름이 구형이다.

3. 전이원소는 4주기 원소를 기준으로 크롬, 망가니즈(Mn), 구리, 아연(Zn)의 바닥상태 전자구름이 구형이다.

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