원자가 전자(valence electrons) 수 결정하기

원자가 전자(valence electrons) 수 결정하기

 

 

 

d 또는 f 오비탈에 전자가 없는 3주기 원소까지는

바닥상태 원자의 ‘원자가 전자 수’는 아주 쉽게 결정할 수 있다.

 

여기까지는

가장 바깥 껍질에 존재하는 전자 수가

바로 원자가 전자 수이기 때문이다.

( 참고: 족의 수 = 원자가 전자의 수 https://ywpop.tistory.com/10468 )

 

 

 

문제는

d 또는 f 오비탈에 전자가 존재하는 4주기 이상 원소에서

바닥상태 원자의 원자가 전자 수를 결정할 때 생긴다.

 

이 문제를 아주 쉽게 해결할 수 있는 간단한 팁(규칙)을

소개하고자 한다.

 

 

 

 

▶ 축약형(condensed)으로 나타낸 전자 배치에서

비활성 기체의 전자를 제외한

모든 전자가 원자가 전자이다. 단, 이때

 

예외 1) s 또는 p 오비탈에 전자가 존재할 경우,

완전히 채워진 d 오비탈에 있는 전자는 제외한다.

원소	축약형 전자 배치	원자가 전자
Germanium, Ge	[Ar] 3d10 4s2 4p2	4s2 4p2

 

 

예외 2) d 오비탈에 전자가 존재할 경우,

완전히 채워진 f 오비탈에 있는 전자는 제외한다.

원소	축약형 전자 배치	원자가 전자
Ytterbium, Yb	[Xe] 4f14 6s2	4f14 6s2
Lutetium, Lu	[Xe] 4f14 5d1 6s2	5d1 6s2

 

 

위 팁에 따르지 않는 원소는 다음과 같다.

원소	축약형 전자 배치	원자가 전자
Copper, Cu	[Ar] 3d10 4s1	3d10 4s1
Gold, Au	[Xe] 4f14 5d10 6s1	5d10 6s1

 

 

 

 

모든 원소의 원자가 전자에 대한 설명은

다음 사이트의 자료를 참고하세요.

 

※ 원소의 바닥 상태 전자 배치와 원자가 전자를 나타낸 표

[ http://www.chemistry.patent-invent.com/chemistry/electron_configuration.html ]

( 웹사이트 접속이 안 되면, 아래 엑셀 표를 참고하세요. )

 

바닥상태 전자배치와 원자가전자.xlsx

0.02MB

 

 

 

 

[보충 설명]

 

먼저 최외각 전자 보다는

원자가 전자(valence electrons)가 바른 표현이다.

 

1~3주기 원소의 경우,

원자가 전자들이 가장 바깥 껍질에 존재하기 때문에,

이해를 도우려고 최외각 전자라고 설명한 것이다.

4주기 이상 원소의 경우에는

더 이상 “원자가 전자 = 최외각 전자”가 성립하지 않는다.

 

4주기 이상 원소의 원자가 전자를 결정하는 방법은

위에 나온 대로이다.

 

 

 

 

[참고] 안타깝지만, 쌓음 원리(Aufbau principle)는

전자-전자 상호작용을 고려하지 않았기 때문에

모든 원자의 전자 배치를 예측(설명)할 수 없다.

 

오비탈의 에너지 준위는

전자-전자 상호작용(spin-orbit interaction 또는 spin-orbit coupling 포함)을

고려한 양자역학적 계산을 통해 결정(설명)할 수 있다 (결정해야 된다).

 

따라서 Nb, Mo와 같은 5주기 전이 금속의 전자 배치를

단순하게(쉽게) 설명할 수 있는 방법은 없다.

 

 

 

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/2844 ]

원자 오비탈의 전자 배치 순서의 예외. 크롬(Cr)과 구리(Cu)

 

[ 관련 글 https://ywpop.tistory.com/5653 ]

비활성 기체족의 원자가 전자

 

 

 

 

원자가 전자를 어떻게 결정하는지를

이론적으로(양자역학) 이해하지는 못하더라도,

원자가 전자의 핵심 개념이

“화학 반응에 참여하는 전자”라는 것은 반드시 기억하세요.

 

즉, 이온화될 때 잃어버리는 전자,

공유 결합에 사용되는 전자,

오비탈의 혼성화에 사용되는 전자는

모두 ‘원자가 전자’입니다.

 

 

 

 

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