유효핵전하와 이온화 에너지 사이의 관계..?

Question

<화학1>

문제에서 ‘같은 족에서는 원자 번호가 증가할수록 핵과 전자 사이의 인력이 감소하여 이온화 에너지가 감소한다.’라는 선지가 있었는데,(맞는 내용)

핵과 전자 사이의 인력은 유효핵전하잖아요.

근데 유효핵전하는 아래로 내려갈수록(같은 족에서 원자 번호가 커질수록) 커지니까 위 선지 내용을 ~~ 인력이 증가하여 이온화 에너지가 증가한다로 고쳐줘야 한다고 생각을 했는데, 또 이온화 에너지가 감소하는건 맞는 내용이거라구요..?

제가 어디를 잘못 이해하고 있는걸까요 ㅠ

Answer 1

안녕하세요.

유효핵전하와 이온화 에너지의 관계에 대한 혼동이 있는 것 같습니다. 유효핵전하는 원자핵의 양전하가 원자에서 더 바깥쪽 껍질의 전자에 미치는 효과적인 힘을 말합니다. 유효핵전하가 클수록 원자핵과 전자 사이의 인력이 강해집니다. 그러나 같은 족에서 아래로 내려갈수록 원자 반지름이 커지면서 가장 바깥쪽 전자가 핵에서 더 멀리 떨어지게 됩니다. 이는 전자와 핵 사이의 평균 거리가 증가한다는 것을 의미하며, 결국 이 전자를 떼어내기 위한 에너지인 이온화 에너지가 감소하게 됩니다. 바꿔말하면, 전자가 핵으로부터 더 멀어져 있어서 이온화 하기가 더 쉬워집니다.
여기서 중요한 점은 유효핵전하가 증가한다고 해서 항상 이온화 에너지가 증가하는 것은 아니라는 것입니다. 이온화 에너지는 유효핵전하 뿐만 아니라 전자의 껍질 위치(원자 반지름)에도 크게 의존하기 때문입니다. 같은 족에서 아래로 내려가면서 원자 반지름이 커지고, 이로 인해 전자를 떼어내는데 필요한 에너지가 감소하는 것이 일반적인 경향입니다. 이렇게 원자 반지름의 증가가 유효핵전하의 증가로 인한 인력 증가 효과를 상쇄시키기 때문에, 이온화 에너지는 감소하는 것입니다.
화학 공부 열심히 하시길 바랍니다. 응원합니다.