화학1 개념정리 2(원자의 세계 - 원자의 구조 / 원자의 구성 입자 / 현대 원자 모형)

Ⅱ. 원자의 세계

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1. 원자의 구조

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01. 원자의 구성 입자

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1) 원자를 구성하는 입자

• 돌턴의 원자 이론: 원자가 물질을 구성하는 가장 작은 입자라고 주장.
• 톰슨의 음극선 실험: 전자의 존재를 확인, 전자들이 푸딩 모형처럼 원자 안에 분포해 있다고 제안.

• 러더퍼드의 금박 실험: 원자 중심에 원자핵이 존재하며, 대부분의 공간은 비어있다고 제안.

• 골드슈타인의 양극선 실험: 양성자의 존재 확인.
• 채드윅의 알파 입자 충돌 실험: 중성자의 존재 확인.
• 원자의 질량: 대부분은 원자핵의 양성자와 중성자가 차지하며, 전자는 매우 작은 질량을 가짐.
• 양성자수와 전자수: 중성 원자의 경우, 양성자수 = 전자수 = 원자 번호.
• 질량수: 양성자수 + 중성자수.

• 원자량: 탄소 원자를 기준으로 상대적인 질량을 나타냄, 자연계의 동위 원소 비율을 고려한 평균 원자량.

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02. 현대 원자 모형

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1) 현대 원자 모형

• 전자의 발견 확률: 전자의 운동을 특정 위치에서의 발견 확률로 나타냄.

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2) 수소의 스펙트럼과 보어의 모형

• 스펙트럼: 햇빛은 연속 스펙트럼, 특정 원소의 스펙트럼은 선 스펙트럼.
• 보어의 가설: 전자는 특정 에너지 궤도를 따라 원 운동을 하며, 에너지를 흡수하거나 방출하면 궤도가 변함.

• 들뜬 상태: 전자가 에너지를 흡수해 높은 에너지 상태로 이동.
• 다전자 원자: 전자 껍질 속에 다른 에너지 상태 존재.

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3) 현대 원자 모형과 오비탈

• 오비탈: 전자가 존재할 확률 분포를 나타내는 구름 모양.
• 오비탈의 경계: 전자가 발견될 확률이 90%인 곳을 경계로 설정.

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4) 오비탈과 양자수

• 양자수: 오비탈의 에너지, 크기, 모양, 방향을 나타내는 값.
  • 주양자수(n): 오비탈의 에너지와 크기 결정.
  • 방위 양자수(l): 오비탈의 모양 결정.
  • 자기 양자수(m_l): 오비탈의 방향 결정.
  • 스핀 양자수(m_s): 전자의 스핀 방향 결정.

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03. 전자 배치

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1) 전자 배치 규칙

• 쌓음 원리: 전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈부터 차례로 채워짐.
• 파울리 배타 원리: 같은 원자에 네 가지 양자수가 같은 전자는 존재할 수 없음.
• 훈트 규칙: 같은 에너지 준위의 오비탈에 전자가 채워질 때 가능한 한 짝을 이루지 않도록 배치.

• 홀전자: 쌍을 이루지 않은 전자.
• 원자가 전자: 화학 반응에 참여하는 가장 바깥 전자 껍질의 전자, 원소의 화학적 성질 결정.