원자 구조
(1) 원자 모형의 변화
[1] 돌턴의 원자모형
원자는 단단하고 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 공과 같다.
[2] 톰슨의 원자 모형
① 톰슨은 ______________ 실험을 통하여 ________를 발견
② 톰슨의 음극선 실험
그림과 같이 유리 관 내부를 진공으로 하고 높은 전압을 걸어 주면 (-)극으로 부터 (+)극으로 빛과 같은 선 즉 음극선이 방출됨.
i) 음극선 진로에 물체를 놓으면 반대편에 그림자가 생김 ==> 음극선은____________
ⅱ) 음극선의 진로에 설치한 바람개비가 돌아간다. ==> 음극선은 __________________
ⅲ) 음극선의 흐름에 전기장을 걸어주면 그 진로가______극 쪽으로 휘어짐
==> 음극선은 _________________________________________________________
③ 톰슨의 원자 모형
원자는 _______________________________________________
______________________________________________________
[3] 러더퍼드의 원자 모형
① 러더퍼드는 _____________ 실험을 통하여 ________의 존재를 발견
② 러더퍼드의 α입자( = ) 산란 실험
러더퍼드는 α선을 극히 얇은 금박에 쬐는 실험을 통하여 다음과 같은 사실을 발견
i) 대부분의 α입자는 금박을 통과 함 ==>_________________________________
ii) (+)전하를 띤 α입자 중에서 일부는 진로가 휘어지고 극소수는 반사됨
==> ________________________________________________________
③ 러더퍼드의 원자모형
원자의 중심에는 ________________________________________________ 존재하고 있으며 그 둘레를 _________가 운동하고 있다.
[4] 보어의 원자모형
보어는 ___________________________을 설명하기 위하여 _________________를 주장. 원자핵을 중심으로 하여 그 둘레에 전자가 일정한 크기의 궤도를 따라 운동하고 있다.
[5] 현대의 원자모형 - 전자 구름 모형
① 전자가 원자핵 주위의 어디에 있는지는 정확하게
정할 수 없으며 어느 한 장소에 전자가 나타날
확률만 나타낼 수 있다.
② 오비탈 : 원자핵 주위에서 전자가 분포할 확률의 분포를
점으로 나타낸 것
[6] 원자의 구성 입자
채드윅이 중성자를 발견하여 원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있음을 발견
원자내의 양성자수와 전자수는 같으므로 원자 전체는
전기적으로 중성임
(2) 원자의 전자배치
[1] 보어의 원자모형과 수소원자의 선스펙트럼
① 보어는 소량의 수소원자를 방전관에 넣고 높은 전압을 걸어줄 때 나오는 불연속적인 선스펙트럼을 설명하기 위해 새로운 원자 모형을 제안
② 보어의 수소 원자 모형
i) 전자는 원자핵 주위의 일정한 궤도를 따라서 돌고 있으며 이 궤도를 전자껍질이라고 한다. 각 전자의 궤도는 핵에서 가까운 쪽부터 K, L, M, N. 또는 (n=1), (n=2), (n=3), (n=4) ․. 등으로 표시한다. 이 때 n값을 주양자수라고 한다.
ii) 전자가 각각의 전자 껍질을 돌 때 일정한 에너지 준위를 가지며 핵에서 n번째 껍질을 돌고있을 때 에너지준위는 En= - kJ/mol 이다.
iii) 전자는 전자껍질과 전자껍질 사이에서는 존재하지 않으며 보통의 상태에서는 에너지가 가장 낮은 전자껍질인 _______에 존재한다. 이 상태를 ________라고 한다.
iv) 전자는 에너지를 _____하면 에너지가 더 높은 바깥쪽의 전자 껍질로 옮긴다. 이 상태를 ____________라고 한다. __________의 전자는 에너지가 높아 불안정하므로 곧 에너지를 잃고 에너지가 낮은 상태로 돌아간다. 이 때 두 전자껍질의 에너지 차이에 해당하는 파장의 빛을 방출한다. 그러므로 불연속적인 선스펙트럼이 생김
전자가 n=1에서 n=2로 전이 할 때 흡수하는 에너지는 얼마인가?
전자가 다음과 같이 전이 할 때 가장 큰 에너지를 방출하는 경우는?
① K껍질 L껍질 ② L껍질 M껍질 ③ L껍질 K껍질
④ (n=3) (n=2) ⑤ (n=1) (n=3)
[2] 다전자 원자의 전자 배치
① 분광기의 발달로 선 스펙트럼의 미세 구조를 관찰해본 결과 1개의 선으로 생각되었던 것이 실제로는 몇 개의 선으로 구분됨 그러므로 같은 전자껍질에 속해있는 전자들도 약간의 에너지차이가 있는 두 개 이상의 서로 다른 에너지 상태(오비탈)를 가짐.
② 각 전자껍질이 가지는 오비탈의 종류와 수는 다음과 같다.
전자껍질 K(n=1)에는 ___ 오비탈
전자껍질 L(n=2)에는 ___, ___ 오비탈
전자껍질 M(n=3)에는 ___, ___, ___ 오비탈
전자껍질 N(n=4)에는 ___, ___, ___, ___ 오비탈이 있다.
s오비탈은 한 가지, p오비탈은 세 가지, d오비탈은 다섯 가지, f오비탈은 일곱 가지로 구성
다음 원자 또는 이온의 바닥상태에서의 전자배치를 나타내어 보자
3Li 6C
8O2- 10Ne
19K+ 20Ca
★★ 전자배치의 규칙★★
i) 파울리의 배타원리 : 한 개의 원자 오비탈에는 전자를 최대 ____개까지 채울 수 있다.
ii) 아우프바우의 원리 : 바닥상태에서 전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈 부터 차례로 채워지며 에너지 준위는 다음과 같다.
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d
iii) 훈트의 규칙: 같은 에너지 준위의 오비탈에 전자가 채워질 때 전자가 1개씩 고르게 채워진 다음 두 번째 전자가 채워진다.
④ 원자가전자(=최외각전자) : _____________________________________________
원자의 ____________________을 결정
⑤ 완성된 전자껍질: 2He, 10Ne, 18Ar등과 같이 가장 바깥쪽 전자 껍질에 ___개(단 2He는 2개)의 전자로 가득 채워진 상태의 전자 껍질
완성된 전자껍질을 가지면 __________________________________
⑥ 홀전자(unpaired electron) : 각 오비탈에서 쌍을 이루지 못하는 전자
다음 원자의 바닥상태에서의 원자가전자 수와 홀전자 수를 구하라?
3Li 5B
9F 12Mg
14Si 20Ca
⑦ 루이스 전자식: 원자가전자를 원소기호의 주위에 점으로 표시
예)
4Be 6C
7N 17Cl
다음 원자를 루이스 전자식으로 나타내어라
3Li 5B
9F 19K
2. 원소의 주기율
(1) 주기율과 주기율표
[1] 원소의 주기율(periodic law)
① 각 원소를 ____________순으로
배열하면 성질이 비슷한 원소가
주기적으로 나타난다.
이것을 원소의 주기율이라 한다.
② 주기율이 나타나는 이유:
_______________가 같은 원소는 화학적인 성질도 비슷하기 때문이다.
[2] 주기율표와 오비탈
① 족과 주기
족: 주기율표의 세로줄을 족이라 한다.
같은 족 원소(= )들은 ___________가 같아 화학적 성질이 비슷하다.
1족 ____개, 2족 ____개. 13족 ____개, 14족 ____개,
15족 ____개, 16족 ____개, 17족 ____개, 18족 ____개
주기: 주기율표의 가로줄을 주기라고 한다. 같은 주기 원소는 _____________가 같다. n주기원소의 전자껍질수는 n개 이다.
② 전형원소와 전이원소
전형원소; ___오비탈 및 ___오비탈에 전자가 채워지는 원소 1～2, 12～18족 원소
전이원소: ___오비탈 및 ___오비탈에 부분적으로 전자가 채워지는 원소 3～11족 원소
족에 관계없이 화학적 성질이 비슷
③ 금속원소와 비금속원소
금속원소: 주기율표의 ___________쪽에 위치, 전자를 잃고 ________이 되기 쉽다.
비금속원소: 주기율표의 ___________쪽에 위치 ,전자를 얻어 ________이 되기 쉽다.
양쪽성 원소: 금속원소와 비금속원소의 중간에 위치,( , , , )
산 및 염기 모두와 반응하는 등 화학적 성질이 금속과 비금속원소의 중간임
(2) 원소의 주기적 성질
[1] 원자반지름과 이온반지름
① 원자반지름의 결정
② 원자반지름
i) 같은 주기에서는 원자번호가 증가할수록 ________________진다.
∵ 전자껍질의 수는 변하지 않으나 ____________가 증가하여 전자를 당기는 힘이 ___________
ii) 같은 족에서는 원자번호가 증가할수록 _______________진다.
∵_________________가 증가하기 때문
③ 이온반지름
i) 금속원소가 양이온이 되면 ________________가 줄어들므로
양이온의 반지름 중성원자의 반지름
ii) 비금속원소가 음이온이 되면 __________가 많아져서 전자사이의 반발력이 증가하므로
음이온의 반지름 중성원자의 반지름
★★ 원자나 이온의 크기를 결정하는 인자 ★★
i) 전자껍질의 수가 많을수록 반지름은 __________________
ii) 양성자수(= 핵의 전하량)가 많을수록 반지름은 ____________
iii) 전자수(= 전자사이의 반발력)가 많을수록 반지름은 _________________
다음 입자의 크기를 비교하고 그 이유를 표시하시오.
1) 3Li 4Be 2) 5B 13Al 3) 11Na 11Na+
4) 16S 16S2- 5) 3Li+ 4Be2+ 6) 16S2- 17Cl-
7) 11Na+ 19K+ 8) 8O2- 16S2- 9) 9F- 19K+
[2] 이온화 에너지 및 전자 친화도
① 이온화 에너지(ionization energy)
기체 상태의 중성원자에서 원자가전자 한 개를 떼어내어 1가의 양이온으로 만들 때 필요한 최소의 에너지, M(g) + E (이온화 에너지) → M+(g) + e-
이온화 에너지가 작을수록 양이온이 되기 ________.
② 원자반지름이 작을수록 대체로 이온화 에너지가 _______.
i) 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자반지름이 ______하여 대체로 이온화 에너지가 ___________
ii) 같은 족에서는 아래쪽으로 갈수록 원자반지름이 ______하여 이온화 에너지가 ______
다음 원자들 중 이온화에너지가 가장 큰 것은?
i) Li, Na, K ii) S, Cl, Ar
③ 순차적 이온화 에너지
i) 기체상태의 중성원자로부터 차례로 전자를 하나씩 떼어내 때 필요한 에너지
* 제1이온화 에너지(E1) M(g) + E1 M+(g) + e-
* 제2이온화 에너지(E2) M+(g) + E2 M2+(g) + e-
* 제3이온화 에너지(E3) M2+(g) + E3 M3+(g) + e-
ii) 같은 원자에서는 항상 순차적 이온화에너지는 _________( E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4 )
iii) 전자를 차례로 떼어내다 전자껍질이 바뀌면 반지름이 갑자기 줄어들어 순차적 이온화 에너지가 급격히 _____한다. ∴ 순차적 이온화 에너지를 이용하면 ____________를 알 수 있다.
★★ 원자가전자의 수와 순차적 이온화 에너지 ★★
* 원자가전자수가 1개일 때(1족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
* 원자가전자수가 2개일 때(2족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
* 원자가전자수가 3개일 때(13족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
⑤ 전자 친화도(electron affinity)
기체 상태의 중성원자가 1개의 전자를 얻어 1가의 음이온이 될 때 방출하는 에너지
X(g) + e- X-(g) + E(전자 친화도)
전자친화도가 클수록 음이온이 되기 _________.
⑥ 일반적으로 원자반지름이 작을수록 전자친화도가 _______
* 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자반지름이 _______하여 전자친화도가 ______.
* 같은 족에서 아래쪽으로 갈수록 원자반지름이 _______하여 전자친화도가 ______.
원소의 주기적 성질
3. 화학결합
(1) 이온결합
[1] 이온결합의 형성
① 팔우설(octet 규칙) - 원자들이 전자를 잃거나 얻어서 가장 바깥 전자껍질에 8개의 전자(______족 원소와 같은 전자배치)를 가지면 안정해진다.
② 이온결합의 형성 - 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 ________원소와
전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 __________원소 사이에서 형성
A, B 두 원소의 바닥상태에서의 전자배치가 다음과 같다. 물음에 답하여라.
A : K(2) L(1), B : K(2) L(8) M(6)
i) A와 B 두 원소가 화학결합을 할 때 결합의 종류는?
ii) A와 B 두 원소가 화합물을 만들 때 생성되는 화합물의 화학식은?
[2] 이온결합성 물질의 특성
① 이온결합성 물질의 특성
i) 녹는점과 끓는점이 _________.
ii) 고체상태에서는 전기전도성이 ________, 액체나 수용액상태에서는 전기전도성이 _____.
iii) 외부에서 힘을 가하면 잘 부서진다.
iv) 일반적으로 물과 같은 ________용매에 잘 녹는다.
② 이온결합력( = 정전기적 인력)의 세기
i) 이온의 전하량이 _____수록
ii) 이온사이의 거리가 _______ 수록 이온결합력이 강하다.
=>이온결합력이 강할 수록 _________________________________
다음 이온결합 물질 중 녹는점이 가장 높은 물질과 가장 낮은 물질은?
i) LiF ii) LiCl iii) Li2O iv) MgO
③ 이온결정의 구조
(2) 공유결합
[1] 공유결합의 형성
① 전자를 잃기 어려운 _______원소와 _______원소가 결합을 형성할 때에는 서로 원자가전자를 내어놓아 전자쌍을 이루고 이 전자쌍을 공유함으로서 결합을 형성한다. 이를 공유결합이라 한다. 공유결합의 결과 각 원자들은 ________족 원소와 같은 전자배치를 이루게 되므로 안정해진다.
② 결합에너지 및 결합길이
분리된 2개의 원자가 공유결합을 형성하여 분자가 되면 에너지를 방출한다. 이것은 원자상태로 분리되어 있는 것 보다 분자상태가 더 ____________는 것을 의미한다.
결합에너지 : 공유결합을 형성할 때 방출되는 에너지
공유결합을 끊을 때 필요한 에너지
결합길이 : 공유결합을 형성할 때 두 원자의 핵간 거리
공유결합 반지름 : ___________________________
③ 공유전자쌍과 비공유전자쌍
[2] 공유결합의 표시
① 단일결합 - 두 원자사이에 전자쌍 1개를 공유하는 결합
② 이중결합 - 두 원자사이에 전자쌍 2개를 공유하는 결합
③ 삼중결합 - 두 원자사이에 전자쌍 3개를 공유하는 결합
___________, _________
다음과 같은 전자배치를 가지는 A, B 두 원소가 공유결합을 하여 분자를 이룰 때 구조를 루이스 전자식으로 나타내고 분자식을 구하라.
A : K(2) L(7), B : K(2) L(8) M(6)
[3] 공유결합 물질의 성질
① 분자결정(molecular crystal) 물질의 성질
ii) 분자 단위로 존재하며 분자들이 규칙적으로 배열되어 있다.
ii) 분자사이의 인력이 약하여 부서지기 쉽고 녹는점과 끓는점이 _________.
iii) 전기전도성이 _____.
예) ______________________________________________
② 원자결정(=공유결정) 물질의 성질
i) 원자들이 서로 공유결합에 의해 연결되어 거대한 결정을 이룬다.
ii) 매우 단단하며 녹는점과 끓는점이 매우 ______.
iii) 흑연을 제외하고는 전기전도성이 _____.
예) ______________________________________________________
③ 동소체 : 같은 원소로 이루어진 서로 다른 홑원소 물질 (예, 흑연(C)와 다이아몬드(C)
일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)는 동소체가 아니다.
왜 _________________________________________________
동소체의 확인 : 동소체는 ____________________________________________
(3) 금속결합
[1] 금속결합의 형성
① 자유전자의 형성 : 금속은 이온화에너지가 작아 원자가전자를 쉽게 내어놓고 양이온이 됨, 이 때 내어놓은 전자는 양이온 사이를 자유롭게 움직임
② 금속결합 : 각 금속원자가 내어놓은 _________는 여러 금속원자핵이 서로 잡아당기게 되어 양이온과 자유전자 사이의 정전기적 인력에 의해 금속결합이 형성
③ 금속결합은 양이온의 ____이 크고 양이온의 반지름이 _____록 강한 결합력이 형성됨
[2] 금속 물질의 성질
① 일반적으로 녹는점과 끓는점이_____. -수은(Hg)을 제외하고 실온에서 모두 고체이다.
② 열을 잘 전달하며 전기전도성이 _________( ∵ )
③ 독특한 광택을 지님
④ 힘을 가하면 깨지지 않고 변형됨 (전성과 연성이 뛰어남)
★★ 여러 결정 물질의 특성 ★★
(4) 결합의 극성
[1] 전기음성도(electronegativity)
① 전기음성도 : 공유결합에서 각 원자가 공유전자쌍을 끌어당기는 힘의 상대적 세기
주기율표에서 왼쪽 아래로 갈수록 반지름이 _____하여 전기음성도가 대체로 _____
② 전기음성도 차이가 큰 원자사이의 결합에는 ________결합성이 강하고 전기음성도가 비슷한 원자사이의 결합에는 _______결합성이 강하다.
무극성 공유결합 - 두 원자의 전기 음성도 차이가 __________일 때
극성 공유결합 - 두 원자의 전기음성도 차이가 ___________________________일 때
이온 결합 - 두 원자의 전기음성도 차이가 ________________________________일 때
다음은 A, B. C 세 원자의 바닥상태에서의 전자배치를 나타낸 것이다.
A : K(2) L(1) , B : K(2) L(7)
C : K(2) L(8) M(1) D : K(2) L(8) M(6)
위의 원소들이 보기와 같이 결합하여 화합물을 만들 때 다음 중 가장 이온결합성이 큰 것은?
i) A와 B ii) A와 D iii) B와 D iv) B 와 C v) C와 D
[2] 결합의 극성
① 무극성 공유결합 : 같은 종류의 비금속원자사이에 공유결합이 형성될 때 공유전자쌍은 양쪽 원자의 어느 쪽에도 치우치지 않고 두 원자에서 균등하게 공유된다.
② 극성 공유결합 : 서로 다른 원자사이에 공유결합을 형성할 때 공유전자쌍이 한 쪽으로 치우치는 결합
[3] 분자의 극성
① 무극성분자 : 분자의 모양이 대칭 구조이면 결합의 극성효과가 서로 상쇄된다.
② 극성 분자 : 분자의 모양이 비대칭이다. 분자 전체적으로 전자가 불균일하게 분포
③ 극성분자와 무극성분자의 확인
다음 중 극성 공유결합이면서 무극성 분자는?
i) O2 ii) CO2 iii) HCl iv) NH3
(5) 분자의 모양
① 전자쌍 반발의 원리 : 분자의 중심원자에 있는 전자쌍들은 정전기적 반발력 때문에 가능한 멀리 떨어져 있으려 한다.
② 반발력의 크기
___________________ > ____________________ > _________________
③ 공유 전자쌍 - 비공유 전자쌍의 수와 분자의 모양
전자쌍 반발의 원리를 이용하여 다음 분자 및 이온의 입체구조를 예측하여라.
i) BCl3 ii) OCl2
iii) H3O+ iv) NH4+
(6) 분자간의 힘
[1] 분자간의 힘(intermolecular force) - 반 데르 발스의 힘
① 극성 분자간의 힘 - 쌍극자의 힘
극성분자들이 가까워질 때에는 분자내의 쌍극자 사이에 __________________이 작용
② 무극성 분자간 힘 - 분산력
무극성 분자들이 서로 가까이 접근 할 때 이들 사이에 순간적인 전자의 치우침이 생겨 약한 정전기적 인력이 작용함
다음 중 분자사이에 분산력만 작용하는 물질들로 짝지어진 것은?
i) He, CO2 ii) O2, H2O iii) Cl2, HCl iv) Ne, NH3
③ 분자간 힘의 세기 ==> 분자간 인력이 클 수록 녹는점과 끓는점이 _____
i) 분자의 극성이 클수록 분자간 인력이 증가한다. 즉 쌍극자 힘 __ 분산력.
ii) 분자량이 클수록 분자간 인력이 _____한다.
iii) 접촉면적이 클수록 분자간 인력이 _____한다.
④ 극성물질은 극성용매에 잘 녹고 무극성 물질은 무극성 용매에 잘 녹는다.
⑤ 분자간 인력은 이온결합, 공유결합, 금속결합 등에서의 원자간의 인력 보다 상당히 약하다. 따라서 분자성 물질은 녹는점과 끓는점이 ___________
[2] 수소결합
① 수소결합 - 전기음성도가 매우 큰 원소( )와 수소원자 사이에 결합이 형성될 때 분자와 분자사이에는 수소결합이 형성된다.
② 수소결합은 무극성 분자간의 힘인 __________이나 극성분자간의 힘인 __________ 보다 비교적 강한 분자간의 힘이다. ∴ 수소결합이 있는 분자는 분자량이 비슷한 다른 분자들에 비해서 ______________________________________
다음 분자들 중 분자사이에 수소결합을 가지지 않는 것은?
i) HF ii) H2O iii) NH3 iv) CH4 v) CH3OH
③ 회합 : 수소결합으로 같은 분자가 2개 이상 뭉쳐 있는 현상
④ 물
i) 물 분자내의 산소원자에는 비공유 전자쌍이 2개가 있으므로 이웃의 수소원자와 2번의 수소결합을 할 수 있다. 그 결과 사면체 구조를 이룸
ii) 얼음은 사면체 구조를 이루고 있는 물 분자들이 규칙적으로 배열되어 빈 공간이 많이 있다. 얼음이 녹을 때는 수소결합의 일부가 끊어져서 물 분자들이 빈 공간을 채우게 되므로 부피는 작아지고 밀도는 커진다.
iii) 물의 특성 - 물은 분자사이의 수소결합으로 인하여 다음과 같은 특성을 지닌다.
* 액체인 물보다 고체인 얼음의 밀도가 작다. => ____________________________
* 비열이 크다. => ________________________________________________________
* 녹는점, 끓는점이 상당히 높다. => ________________________________________
* 표면장력이 크다. => _____________________________________________
(1) 원자 모형의 변화
[1] 돌턴의 원자모형
원자는 단단하고 더 이상 쪼갤 수 없는 작은 공과 같다.
[2] 톰슨의 원자 모형
① 톰슨은 ______________ 실험을 통하여 ________를 발견
② 톰슨의 음극선 실험
그림과 같이 유리 관 내부를 진공으로 하고 높은 전압을 걸어 주면 (-)극으로 부터 (+)극으로 빛과 같은 선 즉 음극선이 방출됨.
i) 음극선 진로에 물체를 놓으면 반대편에 그림자가 생김 ==> 음극선은____________
ⅱ) 음극선의 진로에 설치한 바람개비가 돌아간다. ==> 음극선은 __________________
ⅲ) 음극선의 흐름에 전기장을 걸어주면 그 진로가______극 쪽으로 휘어짐
==> 음극선은 _________________________________________________________
③ 톰슨의 원자 모형
원자는 _______________________________________________
______________________________________________________
[3] 러더퍼드의 원자 모형
① 러더퍼드는 _____________ 실험을 통하여 ________의 존재를 발견
② 러더퍼드의 α입자( = ) 산란 실험
러더퍼드는 α선을 극히 얇은 금박에 쬐는 실험을 통하여 다음과 같은 사실을 발견
i) 대부분의 α입자는 금박을 통과 함 ==>_________________________________
ii) (+)전하를 띤 α입자 중에서 일부는 진로가 휘어지고 극소수는 반사됨
==> ________________________________________________________
③ 러더퍼드의 원자모형
원자의 중심에는 ________________________________________________ 존재하고 있으며 그 둘레를 _________가 운동하고 있다.
[4] 보어의 원자모형
보어는 ___________________________을 설명하기 위하여 _________________를 주장. 원자핵을 중심으로 하여 그 둘레에 전자가 일정한 크기의 궤도를 따라 운동하고 있다.
[5] 현대의 원자모형 - 전자 구름 모형
① 전자가 원자핵 주위의 어디에 있는지는 정확하게
정할 수 없으며 어느 한 장소에 전자가 나타날
확률만 나타낼 수 있다.
② 오비탈 : 원자핵 주위에서 전자가 분포할 확률의 분포를
점으로 나타낸 것
[6] 원자의 구성 입자
채드윅이 중성자를 발견하여 원자는 양성자, 중성자, 전자로 이루어져 있음을 발견
원자내의 양성자수와 전자수는 같으므로 원자 전체는
전기적으로 중성임
(2) 원자의 전자배치
[1] 보어의 원자모형과 수소원자의 선스펙트럼
① 보어는 소량의 수소원자를 방전관에 넣고 높은 전압을 걸어줄 때 나오는 불연속적인 선스펙트럼을 설명하기 위해 새로운 원자 모형을 제안
② 보어의 수소 원자 모형
i) 전자는 원자핵 주위의 일정한 궤도를 따라서 돌고 있으며 이 궤도를 전자껍질이라고 한다. 각 전자의 궤도는 핵에서 가까운 쪽부터 K, L, M, N. 또는 (n=1), (n=2), (n=3), (n=4) ․. 등으로 표시한다. 이 때 n값을 주양자수라고 한다.
ii) 전자가 각각의 전자 껍질을 돌 때 일정한 에너지 준위를 가지며 핵에서 n번째 껍질을 돌고있을 때 에너지준위는 En= - kJ/mol 이다.
iii) 전자는 전자껍질과 전자껍질 사이에서는 존재하지 않으며 보통의 상태에서는 에너지가 가장 낮은 전자껍질인 _______에 존재한다. 이 상태를 ________라고 한다.
iv) 전자는 에너지를 _____하면 에너지가 더 높은 바깥쪽의 전자 껍질로 옮긴다. 이 상태를 ____________라고 한다. __________의 전자는 에너지가 높아 불안정하므로 곧 에너지를 잃고 에너지가 낮은 상태로 돌아간다. 이 때 두 전자껍질의 에너지 차이에 해당하는 파장의 빛을 방출한다. 그러므로 불연속적인 선스펙트럼이 생김
전자가 n=1에서 n=2로 전이 할 때 흡수하는 에너지는 얼마인가?
전자가 다음과 같이 전이 할 때 가장 큰 에너지를 방출하는 경우는?
① K껍질 L껍질 ② L껍질 M껍질 ③ L껍질 K껍질
④ (n=3) (n=2) ⑤ (n=1) (n=3)
[2] 다전자 원자의 전자 배치
① 분광기의 발달로 선 스펙트럼의 미세 구조를 관찰해본 결과 1개의 선으로 생각되었던 것이 실제로는 몇 개의 선으로 구분됨 그러므로 같은 전자껍질에 속해있는 전자들도 약간의 에너지차이가 있는 두 개 이상의 서로 다른 에너지 상태(오비탈)를 가짐.
② 각 전자껍질이 가지는 오비탈의 종류와 수는 다음과 같다.
전자껍질 K(n=1)에는 ___ 오비탈
전자껍질 L(n=2)에는 ___, ___ 오비탈
전자껍질 M(n=3)에는 ___, ___, ___ 오비탈
전자껍질 N(n=4)에는 ___, ___, ___, ___ 오비탈이 있다.
s오비탈은 한 가지, p오비탈은 세 가지, d오비탈은 다섯 가지, f오비탈은 일곱 가지로 구성
다음 원자 또는 이온의 바닥상태에서의 전자배치를 나타내어 보자
3Li 6C
8O2- 10Ne
19K+ 20Ca
★★ 전자배치의 규칙★★
i) 파울리의 배타원리 : 한 개의 원자 오비탈에는 전자를 최대 ____개까지 채울 수 있다.
ii) 아우프바우의 원리 : 바닥상태에서 전자는 에너지 준위가 낮은 오비탈 부터 차례로 채워지며 에너지 준위는 다음과 같다.
1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d
iii) 훈트의 규칙: 같은 에너지 준위의 오비탈에 전자가 채워질 때 전자가 1개씩 고르게 채워진 다음 두 번째 전자가 채워진다.
④ 원자가전자(=최외각전자) : _____________________________________________
원자의 ____________________을 결정
⑤ 완성된 전자껍질: 2He, 10Ne, 18Ar등과 같이 가장 바깥쪽 전자 껍질에 ___개(단 2He는 2개)의 전자로 가득 채워진 상태의 전자 껍질
완성된 전자껍질을 가지면 __________________________________
⑥ 홀전자(unpaired electron) : 각 오비탈에서 쌍을 이루지 못하는 전자
다음 원자의 바닥상태에서의 원자가전자 수와 홀전자 수를 구하라?
3Li 5B
9F 12Mg
14Si 20Ca
⑦ 루이스 전자식: 원자가전자를 원소기호의 주위에 점으로 표시
예)
4Be 6C
7N 17Cl
다음 원자를 루이스 전자식으로 나타내어라
3Li 5B
9F 19K
2. 원소의 주기율
(1) 주기율과 주기율표
[1] 원소의 주기율(periodic law)
① 각 원소를 ____________순으로
배열하면 성질이 비슷한 원소가
주기적으로 나타난다.
이것을 원소의 주기율이라 한다.
② 주기율이 나타나는 이유:
_______________가 같은 원소는 화학적인 성질도 비슷하기 때문이다.
[2] 주기율표와 오비탈
① 족과 주기
족: 주기율표의 세로줄을 족이라 한다.
같은 족 원소(= )들은 ___________가 같아 화학적 성질이 비슷하다.
1족 ____개, 2족 ____개. 13족 ____개, 14족 ____개,
15족 ____개, 16족 ____개, 17족 ____개, 18족 ____개
주기: 주기율표의 가로줄을 주기라고 한다. 같은 주기 원소는 _____________가 같다. n주기원소의 전자껍질수는 n개 이다.
② 전형원소와 전이원소
전형원소; ___오비탈 및 ___오비탈에 전자가 채워지는 원소 1～2, 12～18족 원소
전이원소: ___오비탈 및 ___오비탈에 부분적으로 전자가 채워지는 원소 3～11족 원소
족에 관계없이 화학적 성질이 비슷
③ 금속원소와 비금속원소
금속원소: 주기율표의 ___________쪽에 위치, 전자를 잃고 ________이 되기 쉽다.
비금속원소: 주기율표의 ___________쪽에 위치 ,전자를 얻어 ________이 되기 쉽다.
양쪽성 원소: 금속원소와 비금속원소의 중간에 위치,( , , , )
산 및 염기 모두와 반응하는 등 화학적 성질이 금속과 비금속원소의 중간임
(2) 원소의 주기적 성질
[1] 원자반지름과 이온반지름
① 원자반지름의 결정
② 원자반지름
i) 같은 주기에서는 원자번호가 증가할수록 ________________진다.
∵ 전자껍질의 수는 변하지 않으나 ____________가 증가하여 전자를 당기는 힘이 ___________
ii) 같은 족에서는 원자번호가 증가할수록 _______________진다.
∵_________________가 증가하기 때문
③ 이온반지름
i) 금속원소가 양이온이 되면 ________________가 줄어들므로
양이온의 반지름 중성원자의 반지름
ii) 비금속원소가 음이온이 되면 __________가 많아져서 전자사이의 반발력이 증가하므로
음이온의 반지름 중성원자의 반지름
★★ 원자나 이온의 크기를 결정하는 인자 ★★
i) 전자껍질의 수가 많을수록 반지름은 __________________
ii) 양성자수(= 핵의 전하량)가 많을수록 반지름은 ____________
iii) 전자수(= 전자사이의 반발력)가 많을수록 반지름은 _________________
다음 입자의 크기를 비교하고 그 이유를 표시하시오.
1) 3Li 4Be 2) 5B 13Al 3) 11Na 11Na+
4) 16S 16S2- 5) 3Li+ 4Be2+ 6) 16S2- 17Cl-
7) 11Na+ 19K+ 8) 8O2- 16S2- 9) 9F- 19K+
[2] 이온화 에너지 및 전자 친화도
① 이온화 에너지(ionization energy)
기체 상태의 중성원자에서 원자가전자 한 개를 떼어내어 1가의 양이온으로 만들 때 필요한 최소의 에너지, M(g) + E (이온화 에너지) → M+(g) + e-
이온화 에너지가 작을수록 양이온이 되기 ________.
② 원자반지름이 작을수록 대체로 이온화 에너지가 _______.
i) 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자반지름이 ______하여 대체로 이온화 에너지가 ___________
ii) 같은 족에서는 아래쪽으로 갈수록 원자반지름이 ______하여 이온화 에너지가 ______
다음 원자들 중 이온화에너지가 가장 큰 것은?
i) Li, Na, K ii) S, Cl, Ar
③ 순차적 이온화 에너지
i) 기체상태의 중성원자로부터 차례로 전자를 하나씩 떼어내 때 필요한 에너지
* 제1이온화 에너지(E1) M(g) + E1 M+(g) + e-
* 제2이온화 에너지(E2) M+(g) + E2 M2+(g) + e-
* 제3이온화 에너지(E3) M2+(g) + E3 M3+(g) + e-
ii) 같은 원자에서는 항상 순차적 이온화에너지는 _________( E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4 )
iii) 전자를 차례로 떼어내다 전자껍질이 바뀌면 반지름이 갑자기 줄어들어 순차적 이온화 에너지가 급격히 _____한다. ∴ 순차적 이온화 에너지를 이용하면 ____________를 알 수 있다.
★★ 원자가전자의 수와 순차적 이온화 에너지 ★★
* 원자가전자수가 1개일 때(1족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
* 원자가전자수가 2개일 때(2족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
* 원자가전자수가 3개일 때(13족 원소) E1 ___ E2 ___ E3 ___ E4
⑤ 전자 친화도(electron affinity)
기체 상태의 중성원자가 1개의 전자를 얻어 1가의 음이온이 될 때 방출하는 에너지
X(g) + e- X-(g) + E(전자 친화도)
전자친화도가 클수록 음이온이 되기 _________.
⑥ 일반적으로 원자반지름이 작을수록 전자친화도가 _______
* 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자반지름이 _______하여 전자친화도가 ______.
* 같은 족에서 아래쪽으로 갈수록 원자반지름이 _______하여 전자친화도가 ______.
원소의 주기적 성질
3. 화학결합
(1) 이온결합
[1] 이온결합의 형성
① 팔우설(octet 규칙) - 원자들이 전자를 잃거나 얻어서 가장 바깥 전자껍질에 8개의 전자(______족 원소와 같은 전자배치)를 가지면 안정해진다.
② 이온결합의 형성 - 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 ________원소와
전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 __________원소 사이에서 형성
A, B 두 원소의 바닥상태에서의 전자배치가 다음과 같다. 물음에 답하여라.
A : K(2) L(1), B : K(2) L(8) M(6)
i) A와 B 두 원소가 화학결합을 할 때 결합의 종류는?
ii) A와 B 두 원소가 화합물을 만들 때 생성되는 화합물의 화학식은?
[2] 이온결합성 물질의 특성
① 이온결합성 물질의 특성
i) 녹는점과 끓는점이 _________.
ii) 고체상태에서는 전기전도성이 ________, 액체나 수용액상태에서는 전기전도성이 _____.
iii) 외부에서 힘을 가하면 잘 부서진다.
iv) 일반적으로 물과 같은 ________용매에 잘 녹는다.
② 이온결합력( = 정전기적 인력)의 세기
i) 이온의 전하량이 _____수록
ii) 이온사이의 거리가 _______ 수록 이온결합력이 강하다.
=>이온결합력이 강할 수록 _________________________________
다음 이온결합 물질 중 녹는점이 가장 높은 물질과 가장 낮은 물질은?
i) LiF ii) LiCl iii) Li2O iv) MgO
③ 이온결정의 구조
(2) 공유결합
[1] 공유결합의 형성
① 전자를 잃기 어려운 _______원소와 _______원소가 결합을 형성할 때에는 서로 원자가전자를 내어놓아 전자쌍을 이루고 이 전자쌍을 공유함으로서 결합을 형성한다. 이를 공유결합이라 한다. 공유결합의 결과 각 원자들은 ________족 원소와 같은 전자배치를 이루게 되므로 안정해진다.
② 결합에너지 및 결합길이
분리된 2개의 원자가 공유결합을 형성하여 분자가 되면 에너지를 방출한다. 이것은 원자상태로 분리되어 있는 것 보다 분자상태가 더 ____________는 것을 의미한다.
결합에너지 : 공유결합을 형성할 때 방출되는 에너지
공유결합을 끊을 때 필요한 에너지
결합길이 : 공유결합을 형성할 때 두 원자의 핵간 거리
공유결합 반지름 : ___________________________
③ 공유전자쌍과 비공유전자쌍
[2] 공유결합의 표시
① 단일결합 - 두 원자사이에 전자쌍 1개를 공유하는 결합
② 이중결합 - 두 원자사이에 전자쌍 2개를 공유하는 결합
③ 삼중결합 - 두 원자사이에 전자쌍 3개를 공유하는 결합
___________, _________
다음과 같은 전자배치를 가지는 A, B 두 원소가 공유결합을 하여 분자를 이룰 때 구조를 루이스 전자식으로 나타내고 분자식을 구하라.
A : K(2) L(7), B : K(2) L(8) M(6)
[3] 공유결합 물질의 성질
① 분자결정(molecular crystal) 물질의 성질
ii) 분자 단위로 존재하며 분자들이 규칙적으로 배열되어 있다.
ii) 분자사이의 인력이 약하여 부서지기 쉽고 녹는점과 끓는점이 _________.
iii) 전기전도성이 _____.
예) ______________________________________________
② 원자결정(=공유결정) 물질의 성질
i) 원자들이 서로 공유결합에 의해 연결되어 거대한 결정을 이룬다.
ii) 매우 단단하며 녹는점과 끓는점이 매우 ______.
iii) 흑연을 제외하고는 전기전도성이 _____.
예) ______________________________________________________
③ 동소체 : 같은 원소로 이루어진 서로 다른 홑원소 물질 (예, 흑연(C)와 다이아몬드(C)
일산화탄소(CO)와 이산화탄소(CO2)는 동소체가 아니다.
왜 _________________________________________________
동소체의 확인 : 동소체는 ____________________________________________
(3) 금속결합
[1] 금속결합의 형성
① 자유전자의 형성 : 금속은 이온화에너지가 작아 원자가전자를 쉽게 내어놓고 양이온이 됨, 이 때 내어놓은 전자는 양이온 사이를 자유롭게 움직임
② 금속결합 : 각 금속원자가 내어놓은 _________는 여러 금속원자핵이 서로 잡아당기게 되어 양이온과 자유전자 사이의 정전기적 인력에 의해 금속결합이 형성
③ 금속결합은 양이온의 ____이 크고 양이온의 반지름이 _____록 강한 결합력이 형성됨
[2] 금속 물질의 성질
① 일반적으로 녹는점과 끓는점이_____. -수은(Hg)을 제외하고 실온에서 모두 고체이다.
② 열을 잘 전달하며 전기전도성이 _________( ∵ )
③ 독특한 광택을 지님
④ 힘을 가하면 깨지지 않고 변형됨 (전성과 연성이 뛰어남)
★★ 여러 결정 물질의 특성 ★★
(4) 결합의 극성
[1] 전기음성도(electronegativity)
① 전기음성도 : 공유결합에서 각 원자가 공유전자쌍을 끌어당기는 힘의 상대적 세기
주기율표에서 왼쪽 아래로 갈수록 반지름이 _____하여 전기음성도가 대체로 _____
② 전기음성도 차이가 큰 원자사이의 결합에는 ________결합성이 강하고 전기음성도가 비슷한 원자사이의 결합에는 _______결합성이 강하다.
무극성 공유결합 - 두 원자의 전기 음성도 차이가 __________일 때
극성 공유결합 - 두 원자의 전기음성도 차이가 ___________________________일 때
이온 결합 - 두 원자의 전기음성도 차이가 ________________________________일 때
다음은 A, B. C 세 원자의 바닥상태에서의 전자배치를 나타낸 것이다.
A : K(2) L(1) , B : K(2) L(7)
C : K(2) L(8) M(1) D : K(2) L(8) M(6)
위의 원소들이 보기와 같이 결합하여 화합물을 만들 때 다음 중 가장 이온결합성이 큰 것은?
i) A와 B ii) A와 D iii) B와 D iv) B 와 C v) C와 D
[2] 결합의 극성
① 무극성 공유결합 : 같은 종류의 비금속원자사이에 공유결합이 형성될 때 공유전자쌍은 양쪽 원자의 어느 쪽에도 치우치지 않고 두 원자에서 균등하게 공유된다.
② 극성 공유결합 : 서로 다른 원자사이에 공유결합을 형성할 때 공유전자쌍이 한 쪽으로 치우치는 결합
[3] 분자의 극성
① 무극성분자 : 분자의 모양이 대칭 구조이면 결합의 극성효과가 서로 상쇄된다.
② 극성 분자 : 분자의 모양이 비대칭이다. 분자 전체적으로 전자가 불균일하게 분포
③ 극성분자와 무극성분자의 확인
다음 중 극성 공유결합이면서 무극성 분자는?
i) O2 ii) CO2 iii) HCl iv) NH3
(5) 분자의 모양
① 전자쌍 반발의 원리 : 분자의 중심원자에 있는 전자쌍들은 정전기적 반발력 때문에 가능한 멀리 떨어져 있으려 한다.
② 반발력의 크기
___________________ > ____________________ > _________________
③ 공유 전자쌍 - 비공유 전자쌍의 수와 분자의 모양
전자쌍 반발의 원리를 이용하여 다음 분자 및 이온의 입체구조를 예측하여라.
i) BCl3 ii) OCl2
iii) H3O+ iv) NH4+
(6) 분자간의 힘
[1] 분자간의 힘(intermolecular force) - 반 데르 발스의 힘
① 극성 분자간의 힘 - 쌍극자의 힘
극성분자들이 가까워질 때에는 분자내의 쌍극자 사이에 __________________이 작용
② 무극성 분자간 힘 - 분산력
무극성 분자들이 서로 가까이 접근 할 때 이들 사이에 순간적인 전자의 치우침이 생겨 약한 정전기적 인력이 작용함
다음 중 분자사이에 분산력만 작용하는 물질들로 짝지어진 것은?
i) He, CO2 ii) O2, H2O iii) Cl2, HCl iv) Ne, NH3
③ 분자간 힘의 세기 ==> 분자간 인력이 클 수록 녹는점과 끓는점이 _____
i) 분자의 극성이 클수록 분자간 인력이 증가한다. 즉 쌍극자 힘 __ 분산력.
ii) 분자량이 클수록 분자간 인력이 _____한다.
iii) 접촉면적이 클수록 분자간 인력이 _____한다.
④ 극성물질은 극성용매에 잘 녹고 무극성 물질은 무극성 용매에 잘 녹는다.
⑤ 분자간 인력은 이온결합, 공유결합, 금속결합 등에서의 원자간의 인력 보다 상당히 약하다. 따라서 분자성 물질은 녹는점과 끓는점이 ___________
[2] 수소결합
① 수소결합 - 전기음성도가 매우 큰 원소( )와 수소원자 사이에 결합이 형성될 때 분자와 분자사이에는 수소결합이 형성된다.
② 수소결합은 무극성 분자간의 힘인 __________이나 극성분자간의 힘인 __________ 보다 비교적 강한 분자간의 힘이다. ∴ 수소결합이 있는 분자는 분자량이 비슷한 다른 분자들에 비해서 ______________________________________
다음 분자들 중 분자사이에 수소결합을 가지지 않는 것은?
i) HF ii) H2O iii) NH3 iv) CH4 v) CH3OH
③ 회합 : 수소결합으로 같은 분자가 2개 이상 뭉쳐 있는 현상
④ 물
i) 물 분자내의 산소원자에는 비공유 전자쌍이 2개가 있으므로 이웃의 수소원자와 2번의 수소결합을 할 수 있다. 그 결과 사면체 구조를 이룸
ii) 얼음은 사면체 구조를 이루고 있는 물 분자들이 규칙적으로 배열되어 빈 공간이 많이 있다. 얼음이 녹을 때는 수소결합의 일부가 끊어져서 물 분자들이 빈 공간을 채우게 되므로 부피는 작아지고 밀도는 커진다.
iii) 물의 특성 - 물은 분자사이의 수소결합으로 인하여 다음과 같은 특성을 지닌다.
* 액체인 물보다 고체인 얼음의 밀도가 작다. => ____________________________
* 비열이 크다. => ________________________________________________________
* 녹는점, 끓는점이 상당히 높다. => ________________________________________
* 표면장력이 크다. => _____________________________________________
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