고등학교 화학 궁금증 질문드려요오.

Question

현재 고등학생입니다. 통합과학을 배우던 중 궁금증이 생겨서 질문드려요. 중학교 과학에서는 원자 모형을 그릴 때 첫 번째 껍질에는 전자가 2개, 두 번째는 8개, 세 번째도 8개를 채우면서 그린 것 같아요. 예를 들면 칼슘은 원자번호 20번이기 때문에 첫 번째 껍질에는 2개, 두 번째는 8개, 세 번째는 8개, 네 번째는 2개 이렇게 그렸던 것 같아요. 그런데 지금 배우니까 2n^2을 따라서 첫 번째 껍질에는 2개, 두 번째는 8개, 세 번째는 18개, 네 번째는 32개가 온다고 하는데 중학교 때는 첫 번째를 제외하곤 껍질을 8개로 채웠단 것 같아서 했가 싶네요. 원자가 전자 수를 알아야 어떤 이온이 되는지 알 수 있는데 원자 모형에서 전자 배치를 어떻게 해야 하나요? 그리고 원자가 전자 수는 어떻게 구하나요? 옥테규칙? 오비탈? 이런 개념들도 섞여서 머리만 아프네요. 고등학교 과학 수준에서 이해할 수 있나요?

Answer 1

안녕하세요.

2n² 법칙은 “최대로 들어갈 수 있는 전자 수”를 말하고, 2-8-8은 “실제 에너지 순서에 따라 채워지는 전자 수”를 단순하게 표현한 것입니다.

중학교 수준에서는 복잡한 d오비탈, f오비탈을 생략했기 때문에 M껍질(3번째 껍질)에 들어갈 수 있는 18개 중 실제로는 8개까지만 채운 뒤 4번째 껍질로 넘어가게 그린 것입니다.

고등학교 화학에서는 껍질 대신 오비탈이라는 개념으로 더 정확히 설명하는데요 이때 오비탈은 전자가 있을 확률이 높은 공간이고, 하나의 껍질은 여러 종류의 오비탈로 구성됩니다.

껍질 (n) 포함된 오비탈 최대 전자 수

1 1s 2

2 2s, 2p 8

3 3s, 3p, 3d 18

4 4s, 4p, 4d, 4f 32

이라고 표현할 수 있으며, 그런데 여기서 오비탈의 에너지가 껍질 번호 순서대로 채워지지 않습니다. 에너지가 낮은 순서대로 1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d → 4p → ...로 채워지며 이게 바로 오비탈 채움 순서인 Aufbau 원리입니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 김찬우 전문가입니다.

제가 중학교때는 원자모형 자체를 그리진 않았는데 요즘은 간소화 모형으로 배우는걸로 알고 있습니다.

2-8-8 규칙이라고 해서 최외각 전자의 개수를 8개이고 순서대로 자리를 차지하는 걸로 배우게 됩니다. 원자번호 18번까지는 규칙이 맞지만 19번째 원자부터는 전자가 채워지는 순서가 달라지기 때문에 고등학교에서는 다른 내용을 배우게 됩니다

그게 2n^2 입니다. 실제로 전자 껍질은 K L M N 껍질이 있고 각 2개, 8개, 18개, 32개 입니다. 하지만 3번째 껍질부터 문제가 되는데 실제로 원자번호가 20개가 넘어가면서 전자를 채울때는 에너지 준위라는 것 때문에 3번째를 전부 채우지않고 N 껍질의 4s 오비탈에 먼저 채우고 넘어가기 때문에 중학교 때의 이론이 적용되지 않습니다.

옥텟 규칙은 최외각 전자 8개를 채워서 안정해지려는 경향입니다. 옥텟이란 단어자체가 8을 의미 합니다.

오비탈은 전자 껍질이나 궤도를 말하는게 아니라 전자가 존재할 확률이 높은 공간을 나타낸 것으로 s p d f 로 나타냅니다.

그럼 답변 읽어주셔서 감사드립니다~! 더 궁금한게 있으시면 언제든지 문의 주십시요:)