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지금까지 우리는 전자배치를 결정하는 것에 관해서 약간
배웠었다.
그 지식을 주기율표 상의 원소의 족(그룹)에 이용할 수 있는지 알아봅시다.
그리고 생각해 봅시다.
그들이 다른 원소들과 반응할 때 어떻게 하는지를
자, 몇몇 원소들의 전자 배치를 알아 보시다.
연습삼아서
리튬, 바로 저기 있군요
리튬의 전자배치는 무엇입니까?
리튬의 전자배치
첫번째 껍질은 1s2
두개의 전자들이 저기 있습니다.
그리고 2s1입니다
때때로 잠시, 그 표시법을 살펴보면,
여러분이 생각 할 수 있듯이 리튬의 전자 배치가
헬륨의 배치와 꼭 같다는 것입니다.
즉 헬륨의 전자 배치는 2s1 입니다.
이것은 밝은 푸른색으로 쓰겠습니다.
헬륨의 것과 같고, 2s1
그 의미는 본질적으로 리튬의 전자 배치가
여러분이 헬륨 전자 배치에서 썼던 것과 꼭 같습니다.
그리고
2s1을 썼습니다.
여러번 할 수 있습니다
만일 우리가 철의 전자 배치에 대해
알고 싶다면
전과정을 모두 하는 대신에, 알다시피,
1s2, 그리고 나서 2s2, 2p6.
이렇게 전체를 다 하는 대신, 단순히
철은 아르곤과 같은 전자배치를 가진다고 할 수 있습니다.
그래서 철의 전자배치는
아르곤의 전자배치와 같은 구조를 가진다고 할 수 있습니다.
나는 단순히 아르곤을 대괄호 안에 넣고
그리고 나서 4s2를 쓰겠습니다.
그리고 나서 여러분은 1, 2, 3, 4, 5, 6
그래서 d6 입니다.
앞에서 배웠듯이 d 부껍질 또는
주기율표에서 d 블럭을 언급할 때는 실제로
바로 앞의 껍질에 역방향으로 채운다는 것입니다.
그래서 우리가 4번째 주기에 있을 때는 d-block은
세번째 껍질을 역으로 채우고 있는 것입니다.
그래서 3d6인 것입니다.
누군가가 묻는다면, --재미있는 질문입니다--
왜 그렇게 되는 거야?
왜 연속되지 않는거지?
왜 4번째 껍질에 채워지지 않는 거지?
그것이 내가 생각했던 점인데요, 이것은 즉각적으로 떠 오르는
생각인데, 원자의 준위에서는 실제로 이런
직관들이 맞지 않다는 것입니다. 이점에 관한 내 생각은
원자가 점점 커지면서, 점점 더 큰 공간이
궤도들 사이에 생긴다는 것입니다.
예를 들자면, 이것이 그것을 시각화 한 것입니다.
만일 나의 첫 껍질이 이것처럼 생겼다면,
s는 이것처럼 생겼다고 합시다.
그리고 나서 이것을 쪼개면 p는
이것처럼 생겼다고 합시다
이것은 아마도 두번째 껍질일 것입니다
p들은 이와같이 생겼습니다
그리고 나서 그 다음 장소로 전자들이 들어가고자 하는 곳은
세번째 껍질이겠지요?
세번째 껍질은 이것처럼 생겼을 것입니다
그리고 나서 세번째 p껍질을 채울겁니다.
이것은 보는 즉시 알수 있을 것입니다
이것은 전자의 모습이 꼭 이와 같이 생겼다는 것은 아닙니다.
아마도 세번째 p 껍질은 이것처럼 생겼을 것입니다.
이것처럼 말입니다
이것처럼 말입니다.
그리고 나면 여러분은 네번째 껍질에 있습니다.
자 여러분은 네번째 껍질에 있습니다
s 부껍질은 마치 이것처럼 생겼을 것입니다.
그리고 즉시 다음 껍질인 p를 시작하기 보다는 그 대신에
여러분은 d-block으로 갑니다
그랫 이것이---이름을 적겠습니다.--4s
이것은 3s
이것은 3p.
이것은 2p
이것은 2s
그리고 1s는 2s 안에 있습니다.
그래서 여러분은 너무 염려 안하셔도 됩니다.
그러나 내 직감은 왜 d 궤도가 역으로 가느냐는 것입니다.
원자가 점점 커지면
앞의 궤도 사이에 더 큰 공간이 생긴다는 것입니다.
4s 부껍질, 또는 4s 궤도를 채운 후
자 이것이 4s 이고, 바깥 쪽 여기, 우리는 다시 되돌아 가서
3d 궤도를 채웁니다.
다시 되돌아가 서 이 공간들을 채우고
바로 여기입니다
이것은 이것보다 더 낮은 에너지 상태입니다.
전자를 3d 궤도에 억지로 밀어 넣는데는 더 많은 에너지가 필요합니다.
역으로 저기에
그러나 일단 그것을 하고 나면, 여러분은
4p 껍질을 채울 준비가 되었습니다. 4p는 이렇게 생겼을 것입니다.
그래서 전자는 또다른 껍질인 네번째에 가기 보다는
역으로 3d를 채웁니다.
그러나 일단 4번째 껍질을 채우면, 그것은
저 공간들 사이를 채웁니다.
그리고 원자가 (전자 아님) 점점 커지면,
점점 더 큰 공간이 궤도 사이에 생깁니다.
마침내 원자가 충분히 커지면,
d 껍질들 사이에 공간이 생기고
바로 그 공간들에 d 궤도들과 f 궤도들이
위치합니다.
그것이 전자 배치가 어떻게 되는지에 대한 내 직감입니다.
그리고 분명히, 우리가 원자정도의 크기를 다룰 때에는
이제까지 내가 했던 것처럼, 그 방법이 내가 할 수 있는 최선입니다.
공평하지요
내가 여기서 하고 싶었던 것은 아니지만, 아주 좋은 질문이었습니다.
즉, 왜 역방향으로 세번째 껍질로 되돌아 가는지에 대한
우리가 4번째 주기를 채울때
됐습니다
이것이 철의 전자배치를 쓰는 쉬운 방법입니다.
내가 이 전부를 하는 이유는 여러분이
최외각 전자가 몇개인지를 이해시키려는데 있습니다.
리튬의 경우에, 최외각에
1개의 전자가 있습니다. 맞지요?
이것이 최외각입니다. 바로 여기
한개의 전자가 있습니다.
또한 여러분은 꼭 같은 것을 바로 저기에서도 할 수있습니다.
철의 경우, 몇개의 전자가
최외각에 있습니까?
명심하십시오. 최외각은 여러분이 고려하고 있는 주기 입니다.
이것이 최외각 입니다
비록 이것들이 더 높은 에너지의 전자들일지라도---
낮은 에너지 껍질일지라도 역으로 채워진 저것들은 더 많은 에너지가 필요합니다.
이것들이 바깥 껍질인
네번째 껍질, 이것이
바로 반응에 관여하는 것들입니다.
몇개가 있습니까?
2개입니다.
그리고 이것은 중요합니다.
두개가 여기 있습니다.
두개가 바깥 껍질인 여기에 있습니다.
그리고 실제로, 여기 분홍색들 모두는 2개를 가집니다
바로 여기 분홍색
d-block에 있는 모든 것들에 무슨 일이 생겼습니까?
어떤 주기에 채우든 간에
여러분이 다섯번째 주기를 채운다고 가정해 봅시다.
자.
여러분은 5s1를 채웁니다.
5s1
그리고 나서 다시 되돌아 가서
4d 껍질을 채웁니다
맞지요?
최외각에 몇개의 전자를 가지고 있냐하는 점에는
이 경우에는 다섯번째 껍질 이지요
여러분은 2개의 전자들을 가지고 있습니다.
그래서 이것 전부는 두개의 전자들을
최외각에 가집니다.
이와 같은 경우에는 최외각 전자들은
4s2 입니다. 맞지요?
왜냐하면 3d로 되돌아 갔지만,
최외각은 4s2이기 때문입니다
그래서 이것 또한 두개의 전자들이
최외각에 있습니다.
이 족은 몇개를 가지고 있습니까?
이 용어를 사용하고 있는데 이전에 이것에 대해 정의를
했는지 잘 모르겠군요.. 족이라 함은 주기율표의 열을 의미합니다
여러분이 보다시피, 패턴이 있습니다.
이 첫번째 족에는 한개의 전자가
최외각에 있습니다.
믿지 못하겠다면, 수소를 보십시오.
수소의 전자배치는 1s1 입니다.
그것의 가장 바깥 껍질은 1s 입니다
수소는 그곳에 1개의 전자를 가집니다
맞습니까?
그리고 그것은 이 모든 것들에 해당합니다.
여기 모든 것들은 두개의 전자들을
최외각에 가집니다.
이것들 역시 2개의 전자들을 가집니다.
우리는 그것을 최외각으로 볼 수 있습니다만,
그것들은 역으로 되돌아가서 d를 채웁니다.
그러나 가장 바깥 껍질이라는 점에서는
2개의 전자들만이 있습니다.
일단 d를 채우면, 또는 역으로 채운다면,
이 경우 4번째 주기인 경우는 역으로 채우면
3번째 d 부궤도 입니다.
그리고 나서 다시 4번째 껍질을 다시 채웁니다.
이제 p block 맞지요?
이것들은 세개의 전자들을
바깥 궤도에 가집니다.
또는 여러분은 3개의 원자가 전자라고 말 할 수 있습니다.
이것은 4, 5, 6, 7, 8
한 개 더 해 보겠습니다. 혹시나 여러분이 나를 믿지 못할 경우에 대비해서
주석(Sn)의 전자배치는 무엇입니가?
이게 셀레니움인가? (주석)
확실하지 않습니다
Sn이라고 합시다.
전자배치는 무엇입니까?
이것은 같은 크립톤과 같은
전자배치를 가집니다
예, 그 원소는 크립톤 입니다.
그와 같은 원소가 있군요.
그래서 그것은 크립톤과 같은 전자 배치를 가질 것입니다.
크립톤과 같은
그래서 나는 크립톤의 전자 배치를 알아 냈습니다.
바로 전체 주기율표를 보고서
그러나 이것은 전자배치를 알아내는 빠른 방법입니다.
크립톤과 같은 것입니다. 그래서 이것은 5s2입니다.
그리고 다시 역방향으로 가서 d-block을 채웁니다.
그러면, 10개가 있군요.
4d10
그리고 나서 p-block을 채우기 시작합니다.
다시 다섯번째 껍질로
5p2
그러면 몇개의 원자가 전자가 있습니까?
원자가 전자들 또는 최외각
전자들의 수?
글쎄요, 무엇이 최외각입니까?
다섯번째 껍질이지요.
이것과 이것들입니다.
이것들이 저것 보다 더 높은 에너지 상태에 있습니다.
더 많은 에너지가 앞의 껍질에 역으로 전자들을 밀어 넣는데
소요됩니다. 최외각의 s 궤도에 전자를 채우는 것 보다
더 많은 에너지가 필요합니다.
그러나 여러분이 반응에 관여하는 전자들에 관해서 언급한다면,
그리고 왜 내가 이것들을 강조하는가 하면, 이것들이 그 전자들입니다.
이것들이 다른 원자들과 반응하는 전자들입니다. 또는 때때로
심지어 다른 전자들과도
이것은 4개의 최외각 전자들을 가지고 있습니다.
바로 저기서 볼수 있습니다.
4개의 외각 전자들
그리고 외각 전자들, 대개의 경우 여러분이 이 전자들에
주의를 기울 것이기 때문에, 내 생각에
여러분이 표시하는 부분은
바깥 껍질의 전자들입니다.
그래서, 수소를 참고하면, 이렇게 쓸 수 있습니다
여러분은 최외각 전자들, 원자가 전자들만 그리면 됩니다.
원자가 전자들이란 최외각 전자들을 말합니다.
원자가 전자를 그렇게 쓸 수 있습니다.
원자가 전자를 그렇게 쓸 수 있습니다.
그러나, 헤이, 수소에는 바깥에 한개의
전자만 가지고 있어.
만일 내가 철의 원자가전자를 그린다면?
철은 바로 여기 있습니다.
내가 어떻게 할까요?
두개의 전자들이 최외각에 있습니다.
그래서 나는 철을 이렇게 그릴 수있습니다.
전자들은 쌍을 이루는 경향이 있습니다.
그래서 만일 예를 든다면,
만일 주석의 경우라면, 이것은 셀레니움입니다
탄소에 대해 해보겠습니다.
탄소는 4개의 최외각 전자들을 가지고 있습니다.
그래서 탄소는 이것처럼 쓸 수 있습니다.
또는 쌍을 이루는 것을 원하지 않는다면, 이론적으로
이렇게 쓸 수 있습니다 마찬가지로.
그리고 그것들은 다른 것들과 반응할 준비가 되어 있습니다.
자, 그러면 그것은 무엇을 의미합니까? 알다시피,
이것은 한개의 전자를 최외각에 가지고 있습니다.
이것은 푸른색이고 이것은 0족 기체들이고
우리는 이것에 대해 잠깐 이야기 하겠습니다.
최외각에 8개의 전자들을 가지고 있습니다.
어떻게 이것이 내가 실제로 어떻게 반응이 일어나는지를
이해하려는데 도움이 되는가?
모든 원자들은 8개의 전자를 최외각에
가지고 싶어한다는 사실은 판명되었다.
그리고 그 숫자는 중요합니다.
8
원자들은 8개의 전자들을
최외각에 가지기를 원합니다.
이것은 원자들에게서 가장 안정한 배치입니다. 또는
내 생각에 여러분도 알 수 있을 것입니다. 어느 정도까지
한 원자에게 있어서 더 나은 에너지 상태인 것을
그리고 왜 그 숫자가 8입니까?
글쎄요, 그점에 관해서는 생각을 해 봐야 합니다.
이것은 또다른 근본적인 숫자로
자연에서 나온 것입니다.
나도 그것에 관해서 좀 생각을 해 보았습니다.
아마도 가장 바깥 껍질에 관한 것임에 틀림없습니다.
8개를 가졌을 때 전자들은 상호 공명을 가장 잘 할 것입니다.
그리고 서로에 대해 방해를 하지 않을것이라고 봅니다.
또는 서로 밀어내지 않는다고 볼 수도 있습니다.
그 답에 대해서 모르겠습니다.
솔직하게, 만일 누군가가 정말로 그 질문에 대답할 수 있다면
왜 8인가, 왜 꼭 8인가? 그 사람들은
화학이나 물리 분야에 성공할 수 있을 것입니다.
그러나 실험을 통해서,
원자들이 최외각에 8개의 전자를 갖기를 원한다는 것은
잘 확립되어 있습니다.
그래서 질문은, 만일 여러분이 그와같은 것에 관해 알고 싶다면,
칼륨에 대해서 알고 싶다고 합시다.
괜찮습니까?
칼륨은 최외각에 1개의 전자가 있습니다.
그리고 여러분이 염소같은 물질을 가지고 있다고 가정하면,
염소는 최외각에 7개의 전자를 가지고 있습니다.
여러분이 생각하기에 무슨일이 발생할까요? 만일,
여러분이 약간의 칼륨을 염소 옆에 놓는다면?
무슨일이 벌어질까요?
글쎄요, 염소가 최외각에 8개의 전자를 갖는 가장
쉬운 방법을 무엇이겠습니까?
염소는 최외각에 7개의 전자를 가지고 있습니다.
가장 쉬운 방법은?
글쎄요, 염소는 정말로 절실하게 전자한개를 얻기를 원합니다.
또 칼륨에 있어서 가장 쉽게
최외각에 8개의 전자를 갖는 방법은 무엇입니까?
만일 칼륨이 그 1개의 전자를 잃어 버리면, 그러면 그것은
최외각에 8개의 전자를 가집니다, 맞습니까?
칼륨의 최외각은 더이상 4번째 껍질은 없을 것입니다.
3번째 껍질만을 갖겠지요.
그러나 3번째 껍질은 8개의 전자를 가집니다.
그것의 전자 배치는 아르곤과 같이 됩니다. 만일
한개의 전자를 잃어 버리면.
그래서 칼륨은 더 안정되 상태가 됩니다.
만일 여러분이 염소가 있는 곳에 나트륨을 둔다면
무슨일이 발생할까요?
이 전자는 나트륨으로부터 뛰쳐 나오기를 갈망하고 있어서
나트륨은 최외각에 8개의 전자를 가질 수 있고,
아르곤 (실제는 네온임)과 같은 전자배치를 갖습니다.
그리고 그 전자는 염소로 뛰어갑니다. 그래서
염소는 최외각에 8개의 전자를 가질 것입니다.
그것 또한
아르곤과 같은 전자배치를 가집니다.
그래서, 여러분이 생각하듯이, 바로 이 족은
알카리 금속이라 불립니다.
아마도 다음 비디오에서
왜 금속이라 불리우는지에 대해 공부할 것입니다.
여기 이 족은 알카리 금속입니다.
그런데 수소는 제외합니다.
그것에 관해 언급할 것입니다
이것들은 전자를 주어버리고자 합니다.
전자를 주어버리고자 하는 것 때문에 매우 높은 반응성을 지니고
특별히, 만일 이것들이 있는 곳에 두면,
바로 여기 있는 이 노란색의 원소들,
할로겐이라고 불리우는 원소들
이들은 정말로 다른 물질로부터 전자를 가져 가기를 원하는
것들로, 8개가 되기위해서는 한개의 전자가 필요합니다.
알카리 금속들은 전자를 내 놓기를 원합니다.
전자 한개를 주어버리면 8개가 됩니다.
그리고 왜 수소는 실제로 전자를
주어버리기를 원하지 않기 때문에
알카리 금속에 속하지 않습니다.
최외각에 전자들이 8개가 되는 법칙은
모든 원소에 적용되는 것입니다
수소와 헬륨을 제외하고
수소와 헬륨은 한개의 껍질만 가지고 있기 때문에
2개의 전자들만 있으면 충분합니다.
그리고 수소는 확실히, 전자 한개를 잃을 수도 있습니다만,
또한 전자한개를 쉽게 얻을 수도 있습니다.
왜냐하면 첫 껍질이 차게 되니까요.
그러나 다른 모든 것들은 이 알카리 금속들은
전자를 정말로 내놓고 싶어합니다.
화학자들이 금속성이라 할 때는,
얼마나 어떤 물질이 전자를
내 놓고 싶어하는 지를 의미합니다.
어째든, 시간이 다됐군요.
다음 비디오에서는 우리는
주기율포의 족들과 그것들의 확실한 성향에 대해서
배울 것입니다.