원자 오비탈과 전자 배치

현대 원자 모형에서는 전자가 있을 확률을 오비탈로 나타내요. s, p, d 오비탈의 모양을 3D로 돌려 보고, 원자 번호가 커질 때 전자가 어떤 순서와 규칙으로 오비탈에 채워지는지 확인해 보세요. 직접 전자를 넣어 바닥 상태인지, 들뜬 상태인지, 있을 수 없는 배치인지 판단해 볼 수도 있어요.

이하은T 과학 실험실

끌어서 돌리고 휠로 확대할 수 있어요

표시

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양자수와 오비탈

	n = 1 (K)	n = 2 (L)	n = 3 (M)	n = 4 (N)
방위(부) 양자수 l	0	0, 1	0, 1, 2	0, 1, 2, 3
오비탈 종류	1s	2s, 2p	3s, 3p, 3d	4s, 4p, 4d, 4f
오비탈 수 (n²)	1	4	9	16
최대 전자 수 (2n²)	2	8	18	32

s(l = 0) 오비탈은 1개, p(l = 1)는 3개, d(l = 2)는 5개예요. 자기 양자수 m_l은 −l부터 +l까지의 정수, 스핀 자기 양자수 m_s는 +½ 또는 −½이에요. 오비탈 하나에는 스핀이 반대인 전자가 최대 2개 들어가요.

쌓음 원리

에너지가 낮은 오비탈부터

다전자 원자: 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d
수소 원자는 n만으로 에너지가 정해져요 (2s = 2p)
지키지 않으면 들뜬 상태

파울리 배타 원리

한 오비탈에 전자 2개까지

한 오비탈의 두 전자는 스핀 방향이 반대예요 (↑↓)
같은 방향(↑↑)이면 네 양자수가 모두 같아져 존재할 수 없어요

훈트 규칙

홀전자 수가 최대가 되도록

에너지가 같은 오비탈(2p 3개 등)에는 먼저 1개씩 들어가요
홀전자들의 스핀 방향은 같아요
지키지 않으면 들뜬 상태

바닥 상태 vs 들뜬 상태

세 가지로 나누어요

바닥 상태: 세 규칙을 모두 지킴 (에너지 최저)
들뜬 상태: 파울리 원리는 지키지만 쌓음 원리나 훈트 규칙을 어김
불가능: 파울리 배타 원리를 어김

생각해 보기

2s 오비탈을 ‘단면 보기’로 보면 전자가 거의 없는 빈 껍질(마디)이 보여요. 1s, 3s와 비교하면 마디 수는 어떻게 달라지나요?
2p_x, 2p_y, 2p_z 오비탈은 모양과 에너지가 어떤가요? 무엇이 다를까요?
탄소(C)와 질소(N), 산소(O)의 홀전자 수를 비교해 보세요. 왜 이런 차이가 생기나요?
칼륨(K)의 19번째 전자는 3d가 아니라 4s에 들어가요. 에너지 준위 그림을 보고 그 까닭을 설명해 보세요.
1s² 2s¹ 2p¹ 배치는 어떤 원소의 어떤 상태일까요? ③에서 직접 만들어 확인해 보세요.