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​ 수소원자는 단전자 원자와 이온 중 가장 간단한 예로, 전자가 하나만 남은 채 모두 떨어져 나간 것이 특징이다. 단, 핵전하는 원소에 따라 +Ze로 다양하므로, 전자-핵 사이의 인력의 크기는 모두 다르다. - Z: 원자번호로 원소의 양성자 수와 같다. - 단전자 원자의 퍼텐셜에너지는 핵과 전자 사이의 거리에만 의존하고, 각도의 방향(angular orientation)과는 무관하다. ​ 단전자 원자의 정량적 분석에 앞서 좌표계는 구면 극좌표계(spherical polar coordinate)를 쓰는 것이 좋다. ​ 그림 1. 구면극좌표계: 원점은 O이다. ​ 구면 극좌표계와 직교좌표계(x, y, z)는 다음과 같은 관계를 갖는다. ​ 수소원자의 에너지 준위 단전자 원자에 대한 슈뢰딩거 방정식의 해로 가..

그림 1. 원자 반지름(atomic radii)의 경향 ​ 원자 반지름의 경향성은 다음과 같이 요약할 수 있다. 1. 주기율표 상 오른쪽으로 갈수록 원자 반지름이 감소하는 경향을 보인다. - 주기율표에서 오른쪽으로 갈수록 핵의 양전하량이 증가하기 때문에, 핵-전자 간 인력이 증가하고 이 인력에 의해 원자 반지름이 최종적으로 감소한다. - 알칼리 금속과 알칼리 토금속의 원자 반지름은 다른 족 원소들에 비해 매우 크다. ​ 2. 주기율표 상 위쪽으로 갈수록 원자 반지름이 감소하는 경향을 보인다. - 주기율표에서 위쪽으로 갈수록 전자 껍질 수가 감소하고, 이에 핵-전자 간 거리가 줄어들어 핵-전자 간 인력이 결과적으로 커진다. ​ 3. 2주기의 원소인 Li은 14~18족의 2~5주기 원소들보다도 원자 반지름이..

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​ 원자번호에 따른 전자배치(electron configuration)는 오비탈 도식(orbital diagram)에서 아래와 같이 나타난다. ​ 그림 1. 수소의 오비탈 도식 ​ 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. ​ 즉, 전자가 갖는 2가지 스핀은 다음과 같이 구분되어 표시된다. ​ ​ 전자가 가질 수 있는 두 가지 스핀(+1/2, -1/2)은 반쪽 화살표 머리로 구분된다. ​ 수소의 오비탈 도식 외에 나머지 원소의 오비탈 도식은 아래 그림들로부터 확인할 수 있다. ​ ​ 리튬(Li)은 헬륨의 오비탈이 전부 다 찬 상태에서 2s 오비탈에..

​ 수소원자의 선 스펙트럼을 해석하면서, 과학자들은 원자 내의 전자가 일정한 궤도를 형성하며 궤도운동을 한다고 생각했다. 그러나 핵 주위의 전자가 2개 이상인 원자의 선 스펙트럼은 수소 원자보다 훨씬 복잡했고, 이후 복잡한 규칙을 발견하면서 이는 전자 간 반발력으로부터 유래함을 알게 되었다. ​ 전자가 2개 이상인 원자를 다전자 원자라고 하며, 전자 간의 반발력에 의해 전자 배치는 3가지의 특수한 규칙을 갖는다. 1. 아우프바우 원리 2. 훈트의 규칙 3. 파울리의 배타 원리 ​ ​ Aufbau Principle 전자는 오비탈 궤도함수에 물질파의 형태로 존재하며, 주양자수와 각운동량 양자수, 그리고 자기양자수를 고려한 각각의 오비탈에는 전자가 최대 2개까지 채워질 수 있다. Aufbau principle..

​ 그림 1. The periodic table of elements, showing the structure of shells and subshells ​ 각운동량 양자수는 오비탈의 모양을 결정하고, 일반화학에서 중요한 오비탈로 s, p, d오비탈을 꼽는다. ​ s오비탈 - 형태: 구형(spherical shape) - 핵으로부터 거리가 멀어질수록 전자의 발견확률이 줄어든다. - 단순한 구형을 그리고 있기 때문에, 전자발견확률이 방향에는 영향을 받지 않는다. ​ 그림 1. 구형의 s오비탈 ​ 1. 전자의 발견확률에 방향은 고려하지 않는다. 2. 각 매듭면(angular node)이 없다. 3. 그러나 주양자수가 증가함에 따라 방사상 매듭면의 수는 증가한다. 그림 2. 전자의 발견확률밀도는 주양자수가 증..

수소 원자의 선 스펙트럼 실험 결과 이후 과학자들은 다전자 원자의 선 스펙트럼을 연속적으로 실험했는데, 보어의 원자 모형이 더 이상 유효하지 않음을 발견했다. 슈뢰딩거는 이에 대한 대안으로 전자의 파동성(파동과 같은 거동)을 원자모형에 적용했고, 이후 오비탈의 개념이 자연스럽게 등장했다. ​ 슈뢰딩거의 파동모형에 따르면 원자오비탈은 세 가지 양자수의 조합으로 묘사된다. 1. 주양자수: 주양자수는 오비탈의 크기를 결정한다. 2. 각운동량 양자수: 각운동량 양자수는 오비탈의 모양(형태)을 결정한다. 3. 자기양자수: 자기양자수는 오비탈의 공간적 배향을 결정한다. ​ 마지막으로 한 오비탈에는 최대 두 개의 전자가 채워질 수 있으며, 한 오비탈 내에 있는 두 전자의 스핀은 서로 반대 방향이다. ​ 양자수 주양자..

​ Erwin Rudolf Josef A. Schrödinger (1887-1961) ​ 오스트리아-헝가리 제국(Österreich-Ungarn Monarchie) 빈에서 출생한 에르빈 슈뢰딩거(Erwin Rudolf Josef A. Schrödinger, 1887-1961)는 전자를 핵 주위의 일정한 궤도를 도는 입자라 생각하는 대신, 파동(파동성을 강조한 입자)으로 모델링했다. - 전자는 파동함수로 표현된다. - 파동함수는 일정한 에너지 값을 가지고 있고, 3차원의 공간에서 전자의 위치에 대한 정보를 포함한다. ​ 그림 1. 파동함수는 아래의 그래프처럼 1차원적으로 표현될 수 있고, y축을 기준으로 3차원으로 회전시키면 3차원 공간의 입체상(전자의 위치 정보)을 얻을 수 있다. ​ 보어의 원자 모형에..