[[분류:필기]] ==개요== 여기에 자신의 고급화학 필기를 적어 자신의 화학적 역량을 공유하세요. 같이 공부합시다. == 원소에 대하여 == 모든 원자는 원자핵과 전자로 구분할 수 있다. 전자는 경입자(렙톤)에 속하며, 매우 가볍다. 원자핵은 다시 중성자와 양성자로 구분되며 양성자는 +2/3, +2/3, -1/3의 전하량을 가진 업 쿼크 2개와 다운 쿼크 1개로 나뉘고 중성자는 +2/3, -1/3, -1/3의 전하량을 가진 업 쿼크 1개와 다운 쿼크 2개로 나뉜다. 다만 화학에서는 이러한 것들을 모두 세세하게 따지지는 않고 원자핵과 전자만 알면 된다. 원자 번호라는 개념은 원자핵 속 양성자의 개수를 의미하며, 질량수는 양성자 수 + 중성자 수를 의미한다. 원자량은 원자의 상대적인 질량을 탄소-12의 원자량을 12.00으로 맞추고 비례관계를 잘 맞춰서 구한 값을 의미한다. 평균 원자량이란 어떤 원소가 있을 때(예를 들어 염소가 있다고 가정하자) 가능한 모든 질량수를 평균낸 값이다. 염소로 예를 들 때, 염소-35는 약 75% 존재하며 염소-37은 약 25% 존재하므로 평균 원자량은 35.5라고 하는 식이다. 평균 원자량은 원자 번호가 낮은 원소에서는 원자 번호의 약 2배의 관계를 가지지만 원자 번호가 큰 원소에서는 약 2.5배까지도 늘어난다. 예를 들어 15번 원소인 인은 평균 원자량이 약 32로 2배이지만, 82번 원소인 납은 평균 원자량이 208 정도로 약 2.5배 정도 된다. === 원자 구조 === 원자는 돌턴에 의해 현대적인 정의가 처음으로 내려진 이후 다양한 구조가 제안되었다. 돌턴은 처음에 그냥 원자를 하나의 공으로 비유하며 설명했다. 그러다가 톰슨이 음극선 실험을 통해 음전하를 띄는 입자의 존재성을 입증하며 양전하의 바다에 전자가 박힌 일명 건포도 모형을 주장했다. 이후 α입자 산란실험을 통해 원자핵의 존재를 입증한[* 양성자가 존재한다는 것은 알았으나 중성자가 있는지는 몰랐다.] 러더퍼드에 의해 원자 중심의 원자핵을 전자가 계속 돈다는 일명 태양계 모델이 만들어졌다. 그러나 이 모델은 전자가 원자핵을 중심으로 공전하며 전자기파를 방출하고 에너지를 잃어 원자핵에 충돌하게 되기 때문에 원자의 안정성을 설명하지 못했다. 또한 수소 원자 스펙트럼을 관측한 결과 러더퍼드의 모형에 의하면 에너지가 연속적인 값을 가져야 하지만 실제로는 이산적인 값이 도출되었기 때문에 보어가 나타나서 새로운 모델을 만들게 된다. 러더퍼드의 모델과 거의 비슷하지만 전자의 각운동량이 양자화되어 있어 특정 궤도만을 돌며 다른 궤도로 전이될 때만 에너지가 흡수 혹은 방출된다고 -찍다시피 했지만- 어쨌든 이론을 만든다. 그러나 이 모델 또한 문제가 있었는데, 수소 원자나 헬륨 이온 같이 전자가 1개인 물질에서만 전자 사이의 반발력이 없어서 잘 들어맞고 그 이외의 원자/이온에서는 맞지 않는다는 것이다. 그래서 현대 모델에서는 오비탈 개념을 도입해서 설명하는 편이다. === 오비탈 === 오비탈은 원자에서 전자가 존재할 확률이 90% 이상인 지점을 표시해서 나타나는 모형이다. 오비탈을 몇 개의 숫자를 사용해서 나타내는데, [math(n)], [math(l)], [math(m_l)], [math(m_s)]이 바로 그것이다. * [math(n)]은 주양자수로, 몇 번째 전자 껍질에 들어 있는지를 나타낸다. 예를 들어 3번째 전자 껍질에 있는 전자라면 [math(n)]=3이라고 쓸 수 있다. 일반적으로 [math(n)]의 값이 커질수록 전자는 원자핵에서 멀리 떨어져 있고 에너지는 [math(n^2)]에 반비례한다. * [math(l)]은 부양자수 혹은 각운동량 양자수, 또는 방위 양자수로, [math(0)]에서 [math(n-1)]의 값을 갖는다. 부양자수는 각운동량 뿐만 아니라 오비탈의 종류를 결정하며 [math(l)] = 0이면 s오비탈, [math(l)] = 1이면 p오비탈, [math(l)] = 2이면 d오비탈, [math(l)]=3이면 f오비탈이다. [math(l)]=4부터는 g오비탈부터 알파벳 순서대로 오비탈 이름이 붙으나, g오비탈에 전자를 가지는 원소는 매우 불안정할 것으로 예측되는 121번이므로 사실상 의미는 없다. * [math(m_l)]은 자기 양자수로, [math(-l)]에서 [math(+l)]까지의 정수 값을 갖는다. 자기양자수 [math(m)]은 전자가 속한 오비탈의 공간적 방향을 결정하는 양자수이다. [math(m)]은 [math(-l)]에서 [math(+l)]까지의 정수 값을 가지며, 같은 모양의 오비탈이라도 서로 다른 방향으로 배열될 수 있음을 의미한다. 예를 들어 [math(l = 1)]인 p오비탈은 [math(m = -1, 0, +1)]의 세 가지 값을 가지며, 이는 각각 x, y, z축 방향의 [math(p_x)], [math(p_y)], [math(p_z)] 오비탈에 해당한다. 따라서 p오비탈이 아령이라면, 자기양자수는 그 아령을 어떤 방향으로 향하느냐를 정하는 요소이다. * [math(m_s)]은 스핀 양자수로, [math(s)] 또는 [math(m_s)]로 나타낸다. [math(s)]는 전자의 고유한 각운동량과 관련된 양자수로, [math(+\dfrac{1}{2})] 또는 [math(-\dfrac{1}{2})] 두 개의 값을 갖는다. 이는 전자가 마치 스스로 회전(자전)하는 것처럼 고정된 방향성을 가진다는 개념에서 유래했으며 전자의 중요한 고유 성질 중 하나다. === 오비탈의 모양 === ==== s 오비탈 ==== 구형이며, Sharp Orbital에서 이름을 땄다. 각마디는 0개이고, [math(n-1)]개의 방사상마디를 가진다. 수소와 헬륨, 알칼리 금속과 알칼리 토금속이 s오비탈에 마지막 전자를 가진다. ==== p 오비탈 ==== 아령 모양이며 Principal Orbital에서 이름을 따왔다. 각마디는 1개이고, [math(n-2)]개의 방사상마디를 가진다. x, y, z축 방향으로 서로 수직한 오비탈이 있으며 [math(p_x)], [math(p_y)], [math(p_z)] 오비탈이 있다. 13족부터 18족까지의 원소가 p오비탈에 마지막 전자를 가진다. ==== d 오비탈 ==== Diffuse Orbital에서 이름을 따왔다. [math(xy)], [math(yz)], [math(xz)], [math(x^2 - y^2)], [math(z^2)]의 다섯 종류가 존재한다. [math(d_{z^2})] 오비탈을 제외한 오비탈들은 네잎클로버 모양을 가지고 있다. [math(d_{z^2})] 오비탈은 [math(p)]-오비탈의 형태에 가운데에 도넛 하나가 껴 있는 모양이다. 각마디가 2개 있다. [* [math(d_{z^2})]오비탈은 1개이나, 수학적 일관성을 위해 2개로 취급하는 것이 일반적이다.] 전이 원소가 마지막 원소를 d 오비탈에 가진다. ==== f 오비탈 ==== Fundamental Orbital에서 이름을 따왔다. 다양한 종류가 있어 모양이 천차만별이다. 모두 각마디를 [math(n-3)]개 가진다. 주기율표에서 똑 떨어져 있는 란타넘족과 악티늄족에서 마지막 원소를 f 오비탈에 가진다. ==문법 도움말== [[https://namu.wiki/w/%EB%82%98%EB%AC%B4%EC%9C%84%ED%82%A4:%EB%AC%B8%EB%B2%95%20%EB%8F%84%EC%9B%80%EB%A7%90/%EC%8B%AC%ED%99%94/TeX|문법 도움말 수식]] 부분 참고.
