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지난번 비디오에서 우리는 이온화 에너지, 또는
전자하나를 떼 내는데 필요한 에너지에 대해 공부하였습니다.
그리고 주기율표의 일반적인 경향에 대해 알아 보았는데,
즉, 왼쪽 아래에 가까운 세슘의 경우,
세슘은 정말로 전자를 주고 싶어 합니다.
그것은 큰 원자 입니다
6번째 껍질에 한개의 전자가 있습니다.
그 한개를 내 놓으면, 세슘 원자는
5개의 완전한 껍질을 가집니다.
그래서 세슘 원자는 그 전자를 주어 버리고 싶기 때문에 매우 작은
이온화에너지가 필요합니다.
완전히 반대쪽에 있는 헬륨의 경우
많은 이온화에너지가 필요합니다.
헬륨은 매우 행복합니다.
그것은 첫번째 껍질이 차 있는 상태이고
원자는 매우 작습니다.
전자들은 양성자들과 매우 가깝습니다.
그래서 쿨롬력은 매우 매우 강합니다.
증가하는 전자를 제거하는데는 엄청난 에너지가 필요합니다.
우리는 그것에 관해 배웠습니다.
다른 원자들 간의 다른 타입의 경향 또는 성질에 대해 넘어가기 전에
하나 더 포함하고 싶은 것은
두번째 이온화에 대한 것입니다.
왜 이것을 포함하냐하면, 때때로
화학 시험이나 표준화된 화학시험에 출제되기 때문입니다.
이온화 에너지란 첫번째 전자를 원자로부터 떼내는데 필요한
에너지로 중성의 원자에서 전자 한개를 제거
하는 것입니다.
두번째 이온화 에너지는
그 다음 전자를 제거하는데 필요한 에너지 입니다.
이것이 왜 흥미있느냐면,
때때로, 어떤 원소가 두번째 매우 높은 두분째 이온화 에너지를
갖는 원소인가 하고 묻기 때문입니다.
그러면 여러분은 다음과 같은 유혹을 느낄 겁니다.
오케이, 높은 이온화 에너지를 가지는 것이 두번째 이온화 에너지도 높은 것일거야 라고
진실이긴 합니다.
예를 들자면, 네온은 매우 높은 이온화 에너지를 가집니다.
그것은 정말로 10번째 전자를 유지하기를 원합니다. 왜냐하면
두번째 껍질이 차있기 때문입니다.
그러면, 물론, 여러분이 그 전자를 떼 낸다고 하더라도,
9번째 전자를 제거하기위해서
전자의 배치는 불소와 같을 것이기 때문에
여전히 매우 어렵습니다.
그래서 두벚째 이온화 에너지도
여전히 매우 높다.라고 말하겠지오.
그러나 생각해 보십시오. 두번째 이온화 에너지가 가장 높은 원소들은
가장 낮은 이온화 에너지를 가지는
몇몇 원소일 것이라는 것을
그것을 생각해 보시기 바랍니다.
아마도 약간 혼동스러울 것입니다.
리튬을 예를 들자면
매우 낮은 이온화 에너지를 가집니다.
여분의 전자를 가지고 있고
그 전자를 내 놓으려고 합니다.
그러나 일단 그것을 내 놓고 나면, 리튬은 매우 안정됩니다.
그러면 그것의
전자배치는 헬륨과 같이 됩니다.
그러므로 두번째 전자를 제거하는 것은
매우매우매우 어렵습니다.
그래서 리튬은 매우 높은 두번째 이온화 에너지를 가집니다.
그래서 여러분은 그것들이 어디에 있는가 하고 의문을 가질 것인데,
어느 원소들이 이온화 에너지와 두번째 이온화 에너지 사이에
가장 큰 차이를 보이는가?
그들의 두번째 이온화 에너지가 이온화 에너지보다
큰 것들은 어디에 있는것인가
리튬과 1족에 있는 어떤 것들이든지 맞습니다.
1개의 전자를 제거하자 말자, 그것들의 전자배치는
매우 안정되고
그래서 두번째 전자를 없애는 것은 매우 매우 어렵습니다.
여러분은 이것을 여기 이 차트에서 볼수 있습니다.
이것인, 물론, 첫 이온화 에너지 입니다.
그러나 리튬의 경우를 언급하자면,
전자를 제거합니다.
매우 쉽습니다.
단지 5 전자볼트만 전자 1개를 제거하는데 필요합니다.
그러고 나면 전자배치가 헬륨과 같이 되고
두번째 이온화 에너지는
헬륨의 첫 이온화 에너지와 같이 됩니다.
어째든 나는 여러분을 너무 혼란스럽게 하고 싶지는 않습니다.
그러나 이점은 매우 흥미 있으며
매우 종종 언급됩니다.
자, 또다른 성질은 내가 생각하기에
전기음성도라는 개념과 많이 관련이 있습니다.
이 개념은 라이너스 폴링에 의해 정립되었습니다.
나는 항상 그를 기억하는데
매우 유명한 화학자 입니다. 내가 항상 기억하는 것은
그는 비타민 C가 영원히 사는 데 대한 중요한 열쇠라고 확신을 하고
있었다는 것으로 유명합니다.
그래서 엄청난 양의 비타민 C를 먹었습니다.
아마도 다시 한번 더 그것을 읽어야 될 것 같네요.
라이너스 폴링에 대한 거짓말을 퍼뜨리고 싶지는 않으니깐요.
그것을 고등학교때 읽었는데 기억하고 있습니다.
어째든, 그가 전기음성도라는 개념을 생각해 냈습니다
그리고 그 개념은 두 개의 원자들이 공유결합을 형성할 때 ...
아직, 공유결합이 무엇인지 가르치지는 않았지만,
지금부터 몇 편의 비디오 다음에 공유 결합에 대해 다루겠습니다....
공유결합이란 개념은 원자들이
전자를 함께 공유한다는 것입니다.
그것을 그려 보겠습니다.
만일 내가 산소를 가지고 있고 산소는 이와같이 생겼다고 합시다.
저렇게 그리겠습니다.
산소 원자를 이와 같이도 그릴 수 있습니다. 왜냐하면
이 여분의 전자들을 이용하여 결합을 만들 것입니다.
만일 여러분이 산소를 이와같이 그리고 두개의 수소 원자들을
더하면--수소는 한개의 전자를 가졌습니다....
어떤 일이 일어날까요?
여러분은 아직 잘 모르겠지만, 만일 여러분이 공유결합에 대해 본적이 없다면
그러나 실제 원자들은 전자를 공유합니다.
그래서 이 산소 원자는, 여러분이 그것을 중심에 놓고
이것들을 바로 여기에 둡니다.
그것을 저것처럼 그리겠습니다.
산소로부터 온 전자들, 초록색으로 그리겠습니다.
그리고나서 수소, 오렌지 색으로 그리겠습니다.
이 두개의 수소가 있고
한개의 수소는 저기 있을 것이고
다른 수소는 저기에 있을 것입니다.
자 무슨 일이 일어났습니까?
글쌔, 이 수소는 이 두개의 전자들을 가지고 있는 것과 같고
산소의 이 초록색 전자를
공유하는 것입니다.
이들 사이의 거래는 "헤이, 나는 초록색의 전자를 공유할테니 너는
초록색 전자를 나에게 빌려줘, 그러면 나도 너에게 오렌지색을
빌려줄께. 우리 둘다 모두 안정된 전자 배치를
가질거야."
수소는 한개의 s 껍질이 완전히 채워져
행복할 겁니다.
산소 또한 아주 만족할 것인데요, 왜냐하면 원자가 껍질이
완전히 8개의 전자로 채워지니까요.
둘은 빌려서
행복해 진 것입니다.
이것이 공유결합입니다.
원자들이 전자를 공유하는 것입니다.
그리고 이것은 때때로 이와같이 그릴 수 있습니다.
산소
저것들은 산소의 여분의 전자쌍들이고
저 선과 같이 나타냅니다.
그리고 선이 의미하는 것은
두개의 전자들이 양쪽에 있다는 것을 뜻합니다.
산소원자가 저기 있고
수소 원자가 저기 있다는 것입니다
그 전자들은 공유하는 것입니다.
이 두개는 같은 것을 의미합니다.
그러나 그 선은 공유결합을 의미합니다.
자 내가 약간 앞서서 공유결합을 언급한 배경에는
전기 음성도에 대해
설명하고자 한 것입니다.
라이너스 폴링이 그 개념을 정립한 것은
이들 공유결합에서 공유하는 정도가 동등하지 않다는 것입니다.
어떤 원자들은
전자들을 좀더 당깁니다.
이 경우에는 산소입니다.
우리는 산소에 대해 배웠습니다.
산소는 바로 여기 있습니다.
산소는 전자들을 잡고 있고 싶어하고
이온화 에너지가 아주 큽니다.
그것은 네온과 같은 전자 배치에서
단지 두개의 전자가 부족한 경우로 전자를 받으면 매우 행복합니다.
그래서 산소는 전자들을 좋아합니다.
수소는 약간 여기 있습니다.
한개의 전자를 얻을 수 있고
그래서 1s 궤도가 안정됩니다.
또는 수소는 전자를 잃어버리고 단지
양이온으로 되기도 한다.
수소는 어느 쪽으로도 가능하다.
그래서 수소가 약간 어느 쪽이 되는 가는 상대적으로 전자에 어떤
일이 일어나는가에 달려 있다.
그러나 산소는 정말 전자들을 가지고 싶어 하기 때문에
산소는 완전히 전자를 가지는 쪽이다.
그래서 산소와 수소사이의 관계에서
산소는 더 전기 음성도가 크다.
더 전기 음성도가 크다는 말은 좀 더 전자들을
끌어 당긴다는 것을 의미한다.
만일 이러한 관계를 그린다면 그것은 아마도 이럴 것입니다
이 결합을 그린다면 말입니다.
정말 추상적입니다.
아마도 그것을 그리면
저쪽이 좀 더 진할 겁니다.
이것은 관례적인 약속이 아니라
내가 그냥 만든 것입니다.
만일, 여러분이 수소와 산소 부분의 결합을 그린다면
전자들은 대부분 산소 부근에 있을 것입니다.
이것이 확률 분표 입니다.
수소쪽에는 적은 시간을 보낼 것입니다.
그리고 이것은 다른 수소에서도 마찬가지 일겁니다.
전자 쌍들은 수소주위에서 적은 시간을 보내고
많은 시간을 산소 주변에서 보낼 것입니다.
전기 음성도란 공유 결합에서 한 원자가
전자들을 얼마나 더 잡고 있냐는 것입니다.
자, 우리가 주기율표에서 전기 음성도의 경향성을 알아보고 싶다면
어떻게 될것 같습니까?
어느 원소가 가장 전자를 잘 잡을 것 같습니까?
글쎄요, 전자를 좋아하는 것들이겠지요.
전자를 원자로부터
제거하기 아주 힘든 것들이겠지요.
원자가 전가가 완전히 차는 8개에 아주 가까운 것들이겠지요.
최외각에
그래서 가장 전기 음성도가 큰 원자는
바로 여기 있습니다.
그것들은 바로 할로겐족 원소들로 특별히
불소 입니다. 왜냐하면, 작은 원자 일수록
전자들을 더 좋아합니다. 왜냐하면 원자들이 작기 때문입니다.
전자들은 핵 쪽에 더 가까이 갑니다.
그리고, 내가 왜 0 족 기체에 대해 언급하지 않는냐면
이것들은 공유 결합을 형성하지 않기 때문입니다.
그들은 언제나 행복합니다.
그들은 불활성 기체들 입니다.
불활성이란 아무것도 하지 않는다는 것을 말하지요.
비슷한 말이 관성인데요,
관성은 어떤 것도 하지 않고 쉬는 상태를 유지하거나,
운동 상태를 유지하고 싶은 싶은 경향이지요.
더 깊이 관성에 대해 언급은 피하겠습니다.
이것은 불활성입니다.
그것들은 어떤 것도 하지 않습니다.
이것들은 반응을 합니다.
여기에서 처럼 공유 결합을 형성합니다.
그리고 공유결합을 형성할 때 그 것들은 원자들 (정정: 전자들)을 더 끌어 당깁니다.
마찬가지로, 이것들을, 바로 아래여기, 공유 결합을 형성할 때
그들은 원자들 (정정: 전자들)을 가질 수 있지만
전자들을 원하지 않습니다.
전자가 없는 편이 더 행복합니다.
사실 때때로 이것들은
원자를 (정정:전자를) 아예 주어버립니다.
그들은 아예 공유결합을 형성하지 않습니다.
이온결합이라고 합니다.
이온 결합은 다음 비디오에 관해서 말하겠습니다.
여러분이 보다시피, 그 경향은
이온화에너지와 같습니다.
이것들은 많은 에너지가
전자를 없애는데 요구 됩니다.
그 이유는 전자들을 좋아하기 때문입니다
그래서 이것들도 매우 전기 음성도가 큽니다.
그들은 공유 결합에서 전자들을 끌어 당깁니다.
이것들은 매우 낮은 이온화 에너지를 가집니다.
매우 쉽게 원자로부터 전자를 떼 낼 수 있습니다.
그래서 그들은 낮은 전기 음성도를 가지는 것입니다
화학 결합에서 전자를 끌어 당기지를 않습니다.
자, 사람들은 때때로 주기율표에서 다른 경향에 관해서 언급을 하는데
원소의 금속성 입니다.
그래서, 내 생각에는, 누군가가 금속성에 관해서
언급한다면, 많은 것들이 그 안에 있다고 생각합니다.
내가 생각하기로는 전기 전도성이 있고,
금속 광택이 있고 두들겨서 펼 수 있는 성질이 있습니다.
깨지 않고 구부릴 수도 있습니다.
그런 것들인 내가 생각하는 금속성들입니다.
그러나 화학에서 사람들이 금속성에 대해 언급을 한다면,
전자를 주어버리고자 하는 것에
관해서 말하는 것입니다.
그것이 금속성이고
매우 중요합니다.
만일 여러분이 전기 전도나, 연성에 관해서 언급하다면
또는 원자들이 머물수 있는
이용가능한 전자의 바다를 가진다면
이것은 같은 경향을 보입니다.
어느 원자가 가장 전자를 주어버린다고 생각합니까?
글쎄요. 왼쪽 아래 입니다. 맞지요?
아래로 내려 갈 수록 원자들은 더 커지고, 그래서 전자들은
핵으로부터 더 멀리 떨어져 있습니다.
그래서 쿨롬력은 점점 적어지고, 전자들은
더 약하게 붙어 있습니다.
그리고 또한 만약 여기 한개 더 또는 그 저기에 더 많은 여분의 전자를
외각에 가지고 있다면, 여러분은 아마도
"헤이, 그것들을 없애게 해줘, 그러면 나는
완전한 바깥 껍질을 가지게 돼."라고 할 것입니다.
그래서 이것들은 전자들들 주어버리기를 원합니다.
그래서 매우 높은 금속성을 가집니다.
이것들은 전자들을 유지하고 싶어 합니다.
그리고 더 많이 가지기를 원합니다.
그래서 아주 낮은 금속성을 지닙니다.
사실 이것들은 완전히 비금속성을 띱니다.
그리고 한 족 내에서는, 내 말은,
지금까지 대각선으로 언급을 했는데, 그것은 일반적인 사실이고,
같은 족에서 더 아래로 내려 갈 수록 원자의 크기는
증가하고 바깐 전자들은
원자핵으로부터 더 멀어진다는 것입니다.
그래서 전자력은 점점 더 약해지고 또는
쿨롬력은 점점 더 약해집니다.
그래서 전자를 내 놓고 싶어합니다.
아래로 갈 수 록 금속성은 점점 증가할 것입니다.
그리고 금속성은 왼쪽으로 갈 수록 증가하는데
왜냐하면, 단지 한쌍의 전자들을 최외각에 가지고 있다면,
그것들을 주어 버리고 싶어 합니다.
그래서 금속성은 반대 방향으로 갑니다.
그것은 이와 같이 갑니다.
그러나 이유는 같습니다.
이것들은 전자를 독차지 하기를 원합니다
이것들은 전자들을 주어버리기를 원합니다.
맞지요?
그래서 이온화 에너지는 오른쪽 위로 갈 수록 증가 합니다.
전기음성도는 오른쪽 위로 갈수록 증가합니다.
금속성은 왼쪽 아래로 갈수록 증가합니다.
우리가 언급해야 할 마지막 경향은 원자 반경입니다.
그리고 이것을 재기위해서 많은 다른 방법들이 있습니다.
그리고 한가지 최고의 방법은 없습니다. 명백히
우리는 이미 그것에 관해서 이야기 했습니다. 즉, 원자는 고정된 반경이 없다는 것을
전자는 대개 어디에서나 발견될 수 있습니다.
그래서 명확한 경계를 정할 수 있는 것은
90%의 전자를 발견할 확률이 있는 것입니다.
그것이 원자의 구형인 것입니다.
또는, 이 원자가 다른 원자랑 결합한 것이고
이 두 핵사이의 거리의 절반이 원자의 지름이다라고 말할 수 있습니다.
맞지요?
만일 여러분이 결합을 그처럼 형성한다면 말이지요.
이것이 두 핵사이의 거리고
그러면 원자의 반경은 저것이다 라고 말 할 수 있겠지요.
그래서 많은 방법들이 있습니다.
일반적인 개념은 가졌으리가 여겨집니다.
원자의 크기입니다.
아마도 짐작하셨겠지만, 한 족에서 아래로 내려 갈수록
원자의 크기는 증가합니다.
점점 더 많은 에너지 준위를 더해가고
더 많은 껍질을 더해가는 것입니다.
원자는 점점 더 크집니다.
사실은, 이미 이것을 이용했습니다. 즉 왜 아래로 내려갈수록
이온화 에너지가 감소하는지에서
또는 전기 음성도가 낮아지는지에서
그래서 아래로 갈수록 원자들은 점점 더 커집니다.
자, 한가지 약간 분명하지 않는 것은
만일 오른 쪽으로 가면 어떨까요?
오른쪽으로 갈수록 전자들을 더하는 것이지만, 그러나
전자들은 같은 껍질에 더하는 것입니다. 맞지요?
그래서 만일, 이것이 핵이라면, 바로 저기,
어떤 껍질, 어떤 궤도에 있는 것입니다.
분명히, 그들은 완전한 구는 아니라는 것입니다.
여러분이 어떤 궤도에 있다고 가정해 봅시다.
여러분이 한 주기에서 오른쪽으로 가면,
단지 전자들을 그 껍질에 더해가기만 합니다.
맞지요?
이것은 정말로 너무 간단하게 한 것입니다.
오른쪽으로 가면, 더 많은
핵에 양성자가 있습니다.
그래서 점점더 양전하가 세어 집니다.
그래서 어떤 일이 일어나냐면, 이 전자들이 안쪽으로 이끌려 갑니다.
안쪽으로 끌려가서는
한 주기에서 오른쪽으로 갈 수록
크기는 줄어 듭니다.
그러면 여러분은 이렇게 말합니다, 즉 "오케이, 그렇지만
다음 주기로 가면 어떻게 될까?"라고
더 많은 양성자를 갖게 되고
감소하지 않을까요?
맞습니다.
그러나 동시에 여러분은 전자들을 첨가한느데
원자핵으로부터 더 멀리 떨어진 새로운 껍질에 채운다는 것입니다.
그래서 새로운 주기에 가면, 더 커진다는 것입니다.
그래서 전자들의 크기 (정정, 원자들의 크기)는 아래고 갈수록 커집니다.
왼쪽으로 갈 수록 더 커집니다.
그래서 전자들의 크기 (정정: 원자들의 크기)는 오른쪽 아래에서 왼쪽 위로 갈 수록 커진다는 것입니다.
일반적으로 낮은 주기의 원소일수록
높은 주기의 원소들 보다 원자의 크기가 크고
족에 상관없이
그러나 한 족에서는 원자 번호가 증가 할 수록
원자는 커집니다.
한 주기에서는 더 많은 양성자를 가질 수록
원자는 더 작아진다는 것입니다.
어째든 여러분이 이것들이 재미있었기를 바랍니다.
다음 몇편의 비디오에서는 결합에 대해 하겠습니다. 번역: 박혜란