슬라이드 1

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1 7 원자의주기적성질

2 주기율표의발전 2 장 이름시기업적 Aristotle Antoine Lavoisier Jöns Jakob Berzelius Johann Döbereiner John Newlands ~330 BC ~ 원소설 : 흙, 공기, 불, 물 처음으로 33 원소들에대하여정리하여기록금속과비금속구별 원자량표개발원소의기호화 'triads' 개발 : 원소들을비슷한성질을가진 3 원소의그룹으로만듦 Lithium, sodium & potassium => a triad. Calcium, strontium & barium => a triad. Chlorine, bromine & iodine => a triad. Law of triad: 하나의 triad 에서중간의원자량을가진원소의원자량은다른두원소의원자량의평균이다. 알려진원소들 (>60) 을원자량순으로정리 => 첫번째와아홉번째원소가비슷한성질, 두번째와열번째원소가비슷한성질, 을갖는다는것을발견 =>'Law of Octaves' 제안 from

3 주기율표의발전 2 장 이름시기업적 Lothar Meyer Dmitri Mendeleev 개의원소로이루어진주기율표편찬. (<= 원자량순으로배열하였을때부피의주기성에근거하여편찬 ) Mendeleev 의주기율표와거의비슷 원자량에근거한주기율표개발.(<= 비슷한성질을가진원소들의주기성을바탕으로개발 ) 알려져있지는않았지만있을것이라고예측한원소의자리는비워둠 ( 예, gallium, scandium, germanium) from org/~ethall/period /period.htm

4 주기율표의발전 이름시기업적 William Ramsay Henry Moseley Glenn Seaborg 다른원소들과다른성격을사진불활성기체 (Noble Gases (Ar)) 발견주기율표를확장 원자번호 (atomic numbers) 의개념을도입하고원자번호가양성자의개수와같음을밝힘원자번호에따라배열할때원소의주기적성격이뚜렷해짐을밝힘 우라늄이후의원소 (transuranic elements) 를합성주기율표를확장 from

5 주기율표의발전

6 유효핵전하 6 장 침투 (Penetration) 와가리움 (Shielding) 2s, 2p 3s, 3p, 3d 2s orbital 의침투 유효핵전하 3s > 3p > 3d 2p orbital 에가리움효과 E n = Z J ( ) n 2 핵전하가클수록낮은에너지준위 E ns < E np < E nd < E nf...

7 유효핵전하 Z eff = Z -S Z eff : 유효핵전하 (effective nuclear charge) Z: 핵전하 S: 가려막기상수 ( 가리움상수 ) (screening constant, shielding constant)

8 유효핵전하 Slater s rule Z eff = Z -S Z eff : 유효핵전하 (effective nuclear charge) Z: 핵전하 S: 가려막기상수 ( 가리움상수, screening constant, shielding constant) 1. 원자궤도를다음과같은순서로그룹화한다 : [1s] [2s,2p] [3s,3p] [3d] [4s,4p] [4d] [4f] [5s, 5p] [5d].. 2. 각그룹에있는하나의전자는같은그룹에있는다른전자와그앞의그룹에있는전자에 의해가리움효과를느낀다. 3. 각그룹에있는하나의전자가느끼는가리움상수는다음의가리움효과기여도의합이다. 그룹 같은그룹에있는다른전자 주양자수 =n, 부양자수 <l 인그룹의전자 주양자수 = n-1 인그룹의전자 주양자수 < n-1 인그룹의전자 [1s] 0.3 N/A N/A N/A [ns,np] 0.35 N/A [nd] or [nf]

9 유효핵전하 Slater s rule Ex) Fe: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 Z eff = Z -S [1s] [2s,2p] [3s,3p] [3d] [4s,4p] [4d] [4f] [5s, 5p] [5d].. 그룹 같은그룹에있는다른전자 주양자수 =n, 부양자수 <l 인그룹의전자 주양자수 = n-1 인그룹의전자 주양자수 < n-1 인그룹의전자 [1s] 0.3 N/A N/A N/A [ns,np] 0.35 N/A [nd] or [nf]

10 유효핵전하 같은주기에서우측으로갈수록증가

11 원자와이온의크기 원자반지름 (Atomic Radius) 반지름?? 공유반지름 (Covalent atomic radius) : 단일결합을가진이원자분자에서핵사이거리의반 ( 그런경우가발견되지않을경우에는 r 을추정 ) 금속반지름 (Metallic radius) : 조밀쌓음을하는금속고체에서핵사이거리의반 ( 그런경우가발견되지않을경우에는 r 을추정 ) van der Waals 반지름 (van der Waals radius) : 한종류의두원자가화학결합을가지지않고가장가까이접근할때, 핵사이거리의반

12 원자와이온의크기 원자반지름의주기적경향성 Ex) methyl mercaptan 에서 C-S, C-H, S-H 의결합길이를추정하시오. C-S 결합길이 =C 의반지름 + S 의반지름 = 0.77 Å Å = 1.79 Å C-H 결합길이 = 0.77 Å Å = 1.14 Å S-H 결합길이 = 1.02 Å Å = 1.39 Å

13 원자와이온의크기 이온반지름의주기적경향성 + r x > r x+ r x < r x- 등전자계열 (Isoelectronic series): 동일한수의전자를갖는원자와이온그룹 Ex) O 2-, F -, Na +, Mg 2+, Al 3+ Z eff :, r :

14 이온화에너지 순차적이온화에너지의변화 이온화에너지 (Ionization energy): 기체상태의원자나이온의바닥상태에서전자하나를제거하는데필요한최소의에너지 X(g) X + (g) + e - H : Ionization Energy IE > 0, IE 가클수록전자를떼어내기어렵다. Al(g) Al + (g) + e - Al + (g) Al 2+ (g) + e - Al 2+ (g) Al 3+ (g) + e - Al 3+ (g) Al 4+ (g) + e - I 1 = 578 kj/mol I 2 = 1817 kj/mol I 3 = 2745 kj/mol I 4 = 11,577 kj/mol 1 차이온화에너지 (first ionization energy) 2 차이온화에너지 (second ionization energy) : e -

15 이온화에너지 1 차이온화에너지의주기적변화

16 이온화에너지 1 차이온화에너지의주기적변화 N(g) N + (g) + e - N:1s 2 2s 2 2p 3 N + :1s 2 2s 2 2p 2 O(g) O + (g) + e - O:1s 2 2s 2 2p 4 O + :1s 2 2s 2 2p 3 Be(g) Be + (g) + e - Be:1s 2 2s 2 Be + :1s 2 2s 1 B(g) B + (g) + e - d-, f-block 금속의 I 1 은큰변화없음 B:1s 2 2s 2 2p 1 B + :1s 2 2s 2

17 이온화에너지 이온의전자배치 원자에서전자가제거되어양이온이될때 1. n 값이큰오비탈의전자가먼저제거된다. 2. 같은 n 껍질에서는 l 값이큰오비탈의전자가먼저제거된다. Ex) Li (1s 2 2s 1 ) Li + (1s 2 ) + e - Fe ([Ar]3d 6 4s 2 ) Fe 2+ ([Ar]3d 6 ) + 2e - Fe 3+ ([Ar]3d 5 ) + 3e - Sn ([Kr]4d 10 5s 2 5p 2 ) Sn 2+ ([Kr]4d 10 5s 2 ) + 2e - Sn 4+ ([Kr]4d 10 ) + 4e - 원자에전자가더해져서음이온이될때 1. 부분적으로채워진오비탈에먼저더해진다. Ex) F (1s 2 2s 2 2p 5 ) + e - F - (1s 2 2s 2 2p 6 ) S ([Ne]3s 2 3p 4 ) + 2e - S 2- ([Ne]3s 2 3p 6 )

18 전자친화도 이온의전자배치 전자친화도 (Electron Affinity) : 기체상태의원자에전자를더하는과정에수반된에너지변화량 X(g) + e - X - (g) H : Electron Affinity EA가작을수록 ( 발열반응일수록 ), 전자를얻기쉽다. e - IE > 0, EA > 0 or < 0 EA > 0 인원자는안정한음이온을형성하지않는다. 대략의경향 주기율표 EA: 음으로큰값

19 금속, 비금속, 준금속

20 금속, 비금속, 준금속 금속 1. 낮은이온화에너지 : 양이온을형성하는경향이있다.( 비금속은음이온을형성하는경향이있다.) 2. 금속원소와비금속원소로이루어진화합물은이온화합물을만드는경향이있다. 2 Ni(s) + O 2 (g) 2 NiO(s) 2 Mg(s) + O 2 (g) 2 MgO(s) 3. 대부분의금속산화물은염기성이다. 금속산화물 + 물 금속수산화물 Na 2 O (s) + H 2 O NaOH (aq) CaO (s) + H 2 O Ca (OH) 2 (aq) 금속산화물 + 산 염 + 물 NiO (s) + 2 HNO 3 (aq) Ni(NO 3 ) 2 (aq) + H 2 O (l) O 2- (aq) + H 2 O (l) 2 OH - (aq)

21 금속, 비금속, 준금속 비금속, 준금속 비금속 (non-metal) 1. 큰음의전자친화도 : 금속과반응했을때전자를얻고자하는경향이있다. 2. 비금속만으로모두구성된화합물은전형적인분자성물질이다. 3. 대부분의비금속산화물은산성이다. 준금속 (metalloid): 금속과비금속의중간성질 규소 (Si): 금속처럼보이지만, 준금속인규소는깨지기쉽고, 열과전기전도도가낮다.

22 1 족 (1A 족 ) 금속과 2 족 (2A 족 ) 금속의경향 1 족 (1A 족 ) 금속 : 알칼리 (Alkali) 금속 연한금속고체 ( 아랍어 ash => alkali) 자연에서주로화합물의형태로발견됨낮은밀도, 낮은녹는점, 낮은이온화에너지 소듐

23 1 족 (1A 족 ) 금속과 2 족 (2A 족 ) 금속의경향 1 족 (1A 족 ) 금속 : 알칼리 (Alkali) 금속 물과격렬하게발열반응 불꽃반응 : 밝은색 산소와반응하여과산화물 ( 도 ) 생성 (Li 제외 ) K, Rb, Cs 는초과산화물 ( 도 ) 생성 소듐램프

24 1 족 (1A 족 ) 금속과 2 족 (2A 족 ) 금속의경향 2 족 (2A 족 ) 금속 : 알칼리토 (Alkali earth) 금속 1 족금속보다단단하고밀도와녹는점이높다. 낮은이온화에너지 (1 족보다는큼 )

25 1 족 (1A 족 ) 금속과 2 족 (2A 족 ) 금속의경향 2 족 (2A 족 ) 금속 : 알칼리토 (Alkali earth) 금속 주기율표의아래로갈수록반응성이증가 물과의반응 Be: 반응안함 Mg: 수증기와반응 ( 물 : x) Ca 와그아래 : 물과반응하여수산화물생성

26 몇몇비금속이갖는경향 16 족 (6A 족 ): 산소족 비금속 준금속금속 ( 방사성 ) O 의동소체 (allotrope): O 2, O 3 O 의산화수 : 0 (O 2 ), -1 (O 2 2- : H 2 O 2 ), -2 (O 2- : 대부분 ), -1/2 (O 2- ) S: 산소보다약한산화제 S 의가장흔한동소체 : S 8 수소화합물의열적안정성 * 동소체 : 동일상의같은원소가다른형태를갖는것

27 몇몇비금속이갖는경향 17 족 (7A 족 ): 할로겐족 할로겐 (halogen) 원소는전형적인비금속그리스어 halos 와 gennao 에서유래. salt formers 큰음의전자친화도금속과반응하여 metal halide 형성 : 2 Na(s) + Cl 2 (g) 2 NaCl(s) 수소와반응 : H 2 (g) + X 2 (g) 2 HX(g) 할로겐화수소산 : 강산 : HCl(aq), HBr(aq), HI(aq) 약산 : HF(aq)

28 몇몇비금속이갖는경향 18 족 (8A 족 ): 불활성기체 단원자기체로발견된다. 큰이온화에너지양의전자친화도반응성이매우약하다. 몇가지화합물 : XeF 2, XeF 4, XeF 6, HArF