Stefano Stefano   39-08-02 00:00 (1) 원자가 원자핵과 전자로 이루어져있다는 것을 Rutherford의  실험에의해 밝혀진 이후, 핵 주위를 돌고있으리라 생각되는 전자의 궤도에 대해 전세계 물리학자들은 수많은 연구가 이어져 왔습니다.  여기서 이를 간단히 설명할 수는 없지만 현재까지의 연구결과 정립된 개념을 소개합니다.    (2) Bohr의 원자구조 모형에서는 우리의 태양계와 같이 태양(원자핵)을 중심으로 일정한 거리와 공전주기를 가지고 위성(전자성)이 회전하는 것으로 되어있습니다.  그러나 동일궤도에서 원자핵의 주위를 돌고있는 전자의 수효가 많아지면 전자간의 상호 간섭에 의해 각 전자가 가진에너지가 달라져서 Bohr의 모델을 따를 수가 없게 됩니다.  (3) 원자핵의 주위를 떠돌고 있는 전자들은 원자핵과의 인력, 전자간 전기적 반발력, 전자의 이동시 발생하는 자장에 의한 상호간섭 등에 의해 아주 무질서하게 보일만큼 아주 복잡한 움직임을 나타냅니다.  전자들은 서로 다른 에너지를 가지고 있고 외부로부터 에너지를 받아들이면 공전궤도를 바꾸거나 자전속도가 늘어나 에너지를 흡수하고 에너지를 잃으면서 광선(자외선,가시광선,적외선)등을 방출합니다. 원자물리학자들은 이들 전자들의 에너지 변동시 방출되는 스펙트럼을 이용하여 각 전자들의 에너지 수준을 비교연구해 오면서 Quantum 이론을 확립시켰습니다.  (4) 이 이론에 따르면 아주 무질서 하게 움직이는 것처럼 보였던 전자들은 아주 정교한 규칙에 의해 전자가 원자핵의 주위 궤도를 채우고 있는 것이 밝혀졌습니다.  각각의 전자는 고유한 주궤도(Principal Quantum No) 외에도 부괘도(Sub Shells), 자장, 회전방향을 달리하면서 서로 다른 에너지를 가지게 됩니다.  이중에서 자장(0±1±2)과 회전방향(±1)Quantum만을 달리하는 전자의 위치를 부궤도에서 찾아보면 주 전자궤도내에서 s, p, d, f라는 부괘도에 전자가 자리잡고 있는 것을 알 수 있는데 그 전자의 에너지 수준이 낮은 곳으로부터 먼저 전자가 채워지기 시작합니다.  (5) 이제 첫번째 질문으로 돌아와서.. 문제는 내부의 주궤도(1,2,3..)내의 부괘도(Sub Orbitals, s, p, d, f)에 위치하는 전자가 가지는 에너지가 바깥 주괘도내의 부괘도에 위치하는 전자보다도 큰 경우가 있다는 것입니다.  예를 들면 3d에 있는 전자의 에너지수준이 4s의 에너지수준보다 높습니다.  이는 4s에 있는 전자가 3d의 전자보다 더 안정하다는 것을 의미합니다.  물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯이 지구 중심에 가까울수록 위치에너지가 낮고 더욱 안정하기 때문에 에너지가 낮은 곳(즉 더욱 안정한 곳)부터 물이 채워지는 것과 마찬가지고 전자도 에너지 수준이 낮은 곳부터 채워지는 것이며 이것이 자연의 섭리입니다.  마치 태양계의 주궤도를 도는 위성 외에도 주괘도를 가로지르며 움직이는 혜성이 있는 것과 같습니다. (6) 두번째 질문.. 전이원소의 경우 같은 주기에서의 원자의 크기는 원자번호가 커질 수록 커지는데 내부 전이원소의 경우에는 최외곽 전자의 핵과의 인력이 전자간의 반발력보다 크게 작용하여 원자의 크기가 줄어듭니다.  참고로 원자가 전자를 잃고 양이온이 되면서 크기가 크게 줄어들고 전자를 받아들여 음이온이 되면서 크기가 크게 증가합니다.  (1) 원자가 원자핵과 전자로 이루어져있다는 것을 Rutherford의 실험에의해 밝혀진 이후, 핵 주위를 돌고있으리라 생각되는 전자의 궤도에 대해 전세계 물리학자들은 수많은 연구가 이어져 왔습니다. 여기서 이를 간단히 설명할 수는 없지만 현재까지의 연구결과 정립된 개념을 소개합니다. (2) Bohr의 원자구조 모형에서는 우리의 태양계와 같이 태양(원자핵)을 중심으로 일정한 거리와 공전주기를 가지고 위성(전자성)이 회전하는 것으로 되어있습니다. 그러나 동일궤도에서 원자핵의 주위를 돌고있는 전자의 수효가 많아지면 전자간의 상호 간섭에 의해 각 전자가 가진에너지가 달라져서 Bohr의 모델을 따를 수가 없게 됩니다. (3) 원자핵의 주위를 떠돌고 있는 전자들은 원자핵과의 인력, 전자간 전기적 반발력, 전자의 이동시 발생하는 자장에 의한 상호간섭 등에 의해 아주 무질서하게 보일만큼 아주 복잡한 움직임을 나타냅니다. 전자들은 서로 다른 에너지를 가지고 있고 외부로부터 에너지를 받아들이면 공전궤도를 바꾸거나 자전속도가 늘어나 에너지를 흡수하고 에너지를 잃으면서 광선(자외선,가시광선,적외선)등을 방출합니다. 원자물리학자들은 이들 전자들의 에너지 변동시 방출되는 스펙트럼을 이용하여 각 전자들의 에너지 수준을 비교연구해 오면서 Quantum 이론을 확립시켰습니다. (4) 이 이론에 따르면 아주 무질서 하게 움직이는 것처럼 보였던 전자들은 아주 정교한 규칙에 의해 전자가 원자핵의 주위 궤도를 채우고 있는 것이 밝혀졌습니다. 각각의 전자는 고유한 주궤도(Principal Quantum No) 외에도 부괘도(Sub Shells), 자장, 회전방향을 달리하면서 서로 다른 에너지를 가지게 됩니다. 이중에서 자장(0±1±2)과 회전방향(±1)Quantum만을 달리하는 전자의 위치를 부궤도에서 찾아보면 주 전자궤도내에서 s, p, d, f라는 부괘도에 전자가 자리잡고 있는 것을 알 수 있는데 그 전자의 에너지 수준이 낮은 곳으로부터 먼저 전자가 채워지기 시작합니다. (5) 이제 첫번째 질문으로 돌아와서.. 문제는 내부의 주궤도(1,2,3..)내의 부괘도(Sub Orbitals, s, p, d, f)에 위치하는 전자가 가지는 에너지가 바깥 주괘도내의 부괘도에 위치하는 전자보다도 큰 경우가 있다는 것입니다. 예를 들면 3d에 있는 전자의 에너지수준이 4s의 에너지수준보다 높습니다. 이는 4s에 있는 전자가 3d의 전자보다 더 안정하다는 것을 의미합니다. 물이 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯이 지구 중심에 가까울수록 위치에너지가 낮고 더욱 안정하기 때문에 에너지가 낮은 곳(즉 더욱 안정한 곳)부터 물이 채워지는 것과 마찬가지고 전자도 에너지 수준이 낮은 곳부터 채워지는 것이며 이것이 자연의 섭리입니다. 마치 태양계의 주궤도를 도는 위성 외에도 주괘도를 가로지르며 움직이는 혜성이 있는 것과 같습니다. (6) 두번째 질문.. 전이원소의 경우 같은 주기에서의 원자의 크기는 원자번호가 커질 수록 커지는데 내부 전이원소의 경우에는 최외곽 전자의 핵과의 인력이 전자간의 반발력보다 크게 작용하여 원자의 크기가 줄어듭니다. 참고로 원자가 전자를 잃고 양이온이 되면서 크기가 크게 줄어들고 전자를 받아들여 음이온이 되면서 크기가 크게 증가합니다.

박지원 박지원   39-08-02 00:00 아~감사해요~ 아~감사해요~