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7.14:

쌓음 원리와 훈트 규칙

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Chemistry
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The Aufbau Principle and Hund’s Rule

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원자 궤도는 서로 다른 에너지를 가지고 있고 두 개의 전자를 수용할 수 있다는 것을 상기하십시오. 쌓음 원리는 원자의 부껍질에서 전자의 분배를 나타내고, 훈드의 규칙은 부껍질에서 궤도 채우기를 설명합니다. 쌓음 원리는 바닥 상태에서 전자가 최저 에너지 구성을 달성하기 위해 에너지가 낮은 오비탈부터 차례대로 채워진다고 설명합니다.일반적으로 에너지는 껍질 수에 따라 증가하지만, s 궤도의 침투가 크므로 4-s와 5-s 궤도가 각각 3-d와 4-d 궤도보다 낮은 에너지를 갖게 되는 경우가 많습니다. 순서는 이와 같은 도표를 사용하여 기억할 수 있습니다. 여기서 화살표의 경로는 전자가 궤도에 할당되는 순서를 나타냅니다.원자 번호 6의 원소인 탄소에 대한 전자 구성을 작성해보십시오. 분명히 에너지가 가장 낮은 1s 궤도는 2s 궤도보다 먼저 채워져야 합니다. 매 궤도에는 최대 두 개의 전자가 들어갈 수 있습니다.다섯 번째 전자는 2p 하위 껍질로 들어갑니다. 그러나 세 개의 2p 궤도에서 어느 것을 채웁니까? 흠~임의의 하위 껍질의 궤도는 퇴화되어 있는데, 같은 에너지를 가지고 있다는 의미입니다.따라서 다섯 번째 전자는 세 개의 퇴하된 2p 궤도 중 어느 하나에도 들어갈 수 있습니다. 여섯 번째 전자는? 전자가 있는 2p 궤도 안으로 들어갑니까, 아니면 비어 있는 2p 궤도 중 하나로 들어갑니까?훈트의 규칙에 따르면, 전자는 짝을 짓기 전에 주어진 에너지 수준의 모든 궤도를 단독으로 차지하며, 짝을 짓지 못한 전자는 반대 스핀을 가질 수 없습니다. 즉, 스핀은 평행이어야 합니다. 따라서 탄소의 경우 두 개의 2p 전자가 서로 다른 궤도를 차지해야 하며 평행 스핀을 가져야 합니다.이렇게 하면 전자는 더 넓은 영역으로 퍼질 수 있습니다. 이것은 서로에 대한 차폐를 감소시켜 원자의 에너지를 최소화합니다. 질소의 경우, 3개의 2p 궤도가 각각 단독으로 점유됩니다.산소의 경우, 일단 퇴화된 2-p 궤도를 하나씩 채우면, 마지막 전자는 다른 2-p 전자와 짝을 이루어야 합니다. 원자는 두 개의 짝을 짓지 못한 전자를 가지고 있습니다. 네온의 전자 구성은 가장 바깥쪽 껍질이 최대 8개의 용량으로 전자가 채워져 있음을 나타냅니다.네온은 속껍질에 있는 핵심부 전자라고 불리는 두 개의 전자와 가장 바깥쪽 껍질에 있는 원자가 전자라고 불리는 여덟 개의 전자를 가지고 있습니다.

7.14:

쌓음 원리와 훈트 규칙

특정 원자에 대한 전자 구성을 결정하기 위해 원자 수의 순서로 구조를 구축할 수 있습니다. 수소로 시작하여 주기적인 테이블의 기간을 가로질러 계속, 우리는 핵에 한 번에 하나의 양성자와 하나의 전자를 적절한 서브쉘에 추가하여 모든 요소의 전자 구성을 설명합니다. 이 절차는 독일어 단어 aufbau에서 aufbau 원칙이라고합니다 (“구축”). 추가된 각 전자는 파울리 배제 원칙에 따라 허용된 양자 수에 의해 부과되는 제한에 따라 사용 가능한 가장 낮은 에너지의 서브셸을 차지합니다. 전자는 저에너지 서브쉘이 용량으로 채워진 후에만 고에너지 서브쉘에 들어갑니다. 도 1은 원자 궤도에 대한 충진 순서를 기억하는 전통적인 방법을 보여 줍니다.

Figure1

그림 1 이 다이어그램은 원자 궤도의 에너지 순서를 묘사하며 지상 상태 전자 구성을 도출하는 데 유용합니다.

원자 번호 6이 있는 요소인 탄소용 전자 구성을 작성하는 것이 좋습니다. 4개의 전자가1s와 2의 궤도를 채웁니다. 나머지 두 전자는 2p 서브쉘을 차지합니다. 우리는 지금 2p 궤도 중 하나를 채우고 전자를 페어링하거나 전자를 두 개의 서로 다른, 그러나 퇴화, p 궤도에서 짝을 이루는 떠나는 선택의 여지가 있습니다. 궤도는 Hund의 규칙에 의해 설명된 대로 채워져 있습니다: 퇴화 궤도 세트 내의 전자를 가진 원자에 대한 가장 낮은 에너지 구성은 짝이 없는 전자의 최대 수를 갖는 것입니다. 따라서, 탄소 2p 궤도에서 두 전자는 동일한 n, l, ms양자 번호를 가지며 ml 양자 번호(Pauli 제외 원칙에 따라)가 다릅니다. 탄소에 대한 궤도 다이어그램은 전자 구성1s2 2s2 1p2입니다.

Figure2

질소(원자번호 7)는1s2s 서브쉘을 채우고 Hund의 규칙에 따라3개의 2 p 궤도 각각에 하나의 전자를 가지고 있습니다. 이 세 전자는 짝을 이루는 스핀을 가지고 있습니다. 산소(원자번호 8)는2p 궤도 중 하나에서 전자 쌍을 가지고 있으며(전자는 반대 회전을 가한다) 및 다른 두 개의 전자각각에 단일 전자가 있다. 불소(원자번호 9)는 페어링되지 않은 전자를 함유하는2p 궤도가 하나뿐이다. 고귀한 가스 네온(원자번호 10)의 모든 전자가 페어링되고, n=1n=2 포탄의 모든 궤도가 채워져 있다.

이 텍스트는 Openstax, 화학 2e, 섹션 6.4: 원자의 전자 구조에서 채택됩니다.