[양자화학] 전자배치의 기초 <축조원리 & 파울리 배타 원리 & 훈트 규칙>

이전 시간에는 어떠한 원리를 통해서  양자수가 결정되는지에 대해 알아봤었습니다. 이번에는 전자배치에 있어서 기초적으로 알아야할 이론들입니다.

 

1) 축조 원리

- 오비탈에 전자가 채워질 때에는  바닥에서부터 차근차근이 쌓이는게 일반적이다라는 원리입니다. 

만약 산소의 전자배치를 적고자 합니다. 그러면 일단 양자수들부터 결정해야겠죠? 산소는 2주기로 주양자수는 n=2입니다. 그러면 각운동량 양자수는 0,1이 되겠군요. s오비탈과 p오비탈을 가진다는 말입니다.  다음은 자기 양자수입니다. 

-1,0,1로 총 3개죠? 따라서, p오비탈은 방향을 3개가진다는 결론을 얻습니다. 

그러면 산소의 전자배치를 봅시다. 우리가 주기율표를 공부할 때, 원자번호는 양성자수라고들 하죠? 이는 전자개수와도 같습니다. 일반적으로는요. 따라서, 산소는 원자번호 8번이므로 다음과 같은 전자 배치를 얻습니다.

보시면 위에 첨자로 작게 써진 숫자가 이제 그 오비탈에 들어있는 총 전자의 개수를 말합니다. 다 더하니 8이죠?

따라서, 산소의 오비탈이 갖고 있는 전자는 원자번호와 동일하다는 것을 알게 되었습니다. 별 이상 없이 저렇게 1s  2s 2p 3s.. 이런식으로 아래서부터 전자가 채워지는 것을  '축조 원리' 라고 합니다.

 

2) 파울리 배타 원리

- 파울리 배타 원리는 자기스핀 양자수에서 따온 개념입니다. 자기스핀 양자수가 뭐였나요? 전자스핀 방향을 결정짓는 애였죠? 파울리 배타 원리는  하나의 오비탈에 최대 2개의 전자만 들어갈 수 있으며, 이 때 2개의 전자는 서로 다른 방향이여야 한다는 말입니다. 그림을 보시죠.

이런식으로 오비탈에 채워진다는게 파울리 배타원리입니다.

 

3) 훈트 규칙

훈트 규칙은 재밌는 예시를 설명드리고자 합니다. 여러분들이 버스에 탔어요. 버스에 탔는데 자리가 많습니다. 그럴 때 여러분들은 비어있는 자리에 앉으려고 하지  옆에 누가있는 자리에 앉기 싫잖아요? 아는사람이나 연인아니면요.

 

전자들도 똑같습니다. '오비탈'이라는 버스를 탔을 때, 다른 전자들이 없는 자리에 먼저 채워지려하지 절대 이미 다른 누군가가 들어가있는 오비탈에 먼저채워지지는 않는다는 얘기입니다. 

 

자, 여기까지가 이제 전자배치를 이해하기 위한 기초규칙들입니다. 전자배치 표를 잠시 보도록 합시다.

전자 배치 표

일반화학 수준에서는 3d까지만 봐도됩니다. 즉, Zn(아연)까지만 유심히 봐두세요.  실제로 기출에도  들뜬상태의 원자의 전자배치로 알맞은것은? 이러한 식으로 문제를 냈었습니다.