General Chemistry I (Chapter 8) Periodic Relationships of Elements (CH 8.1 8.6) Tae Kyu Kim Department of Chemistry Rm. 301 (tkkim@pusan.ac.kr) http://plms.pusan.ac.kr SUMMARY (CHAPTER 7) -1- -2-
Electron Configurations of Elements ns 1 ns 2 ns 2 np 1 ns 2 np 2 ns 2 np 3 ns 2 np 4 ns 2 np 5 ns 2 np 6 ns 2 (n 1)d 1 ns 2 (n 1)d 5 ns 2 (n 1)d 10 4f 5f Question? 원소의주기적인분류? 주족원소및전이원소 원소의원자가전자배치와관련유효핵전하와원자반지름의주기적인변화? 유효핵전하가증가할수록원자반지름은감소 - 주기성 이온화에너지란? 기체원자에서전자를제거시필요한에너지 - 주기성 전자친화도란? 기체원자에서전자를더할때의관련된에너지 - 주기성주족원소의일반적인성질은? 각족에해당하는특이한화학적인성질을가짐 -3- -4-
Terminology 주기율표 periodic table 주족원소 representative element 전이원소 transition element 원자가전자 valence electron 핵심부전자 core electron 등전자이온 isoelectric ion 유효핵전하 effective nuclear charge 가리움효과 shielding (screening) effect 원자반지름 atomic radius 이온화에너지 ionization energy 전자친화도 electron affinity When the Elements were Discovered -5- -6-
Electron Configurations of Elements ns 1 ns 2 ns 2 np 1 ns 2 np 2 ns 2 np 3 ns 2 np 4 ns 2 np 5 ns 2 np 6 ns 2 (n 1)d 1 ns 2 (n 1)d 5 ns 2 (n 1)d 10 4f 5f Classification of the Elements -7- -8-
Electron Configurations of Ions Na [Ne]3s 1 Ca [Ar]4s 2 Al [Ne]3s 2 3p 1 Na + [Ne] Ca 2+ [Ar] Al 3+ [Ne] Atoms lose electrons so that cation has a noble gas outer electron configuration. Atoms gain electrons so that anion has a noblegas outer electron configuration. H 1s 1 F 1s 2 2s 2 2p 5 O 1s 2 2s 2 2p 4 N 1s 2 2s 2 2p 3 H 1s 2 or [He] F 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] O 2 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] N 3 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] Cations and Anions Of Representative Elements +1 +2 +3-3 -2-1 9 10
Isoelectronic: have the same number of electrons, and hence the same ground state electron configuration Na + : [Ne] Al 3+ : [Ne] F : 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] O 2 : 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] N 3 : 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] Na +, Al 3+, F, O 2, and N 3 are all isoelectronic with Ne What neutral atom is isoelectronic with H? H : 1s 2 same electron configuration as He Electron Configurations of Ions of Transition Metals When a cation is formed from an atom of a transition metal, electrons are always removed first from the ns orbital and then from the (n 1)d orbitals. Fe: [Ar]4s 2 3d 6 Fe 2+ : [Ar]4s 0 3d 6 or [Ar]3d 6 Mn: [Ar]4s 2 3d 5 Mn 2+ : [Ar]4s 0 3d 5 or [Ar]3d 5 Fe 3+ : [Ar]4s 0 3d 5 or [Ar]3d 5 11 12
Example 8.1 Periodic Physical Properties of Elements A. Effective Nuclear Charge( 유효핵전하 ) Z Z eff 실제핵전하 (Z) 와다른전자의반발효과 ( 가리움 ) 고려, 전자에느끼는핵전하 13 14
Periodic Physical Properties of Elements B. Atomic Radius( 원자반지름 ) 두개의이웃한금속원자또는이원자분자내두개의핵간거리의절반으로정의 유효핵전하증가 전자껍질증가 Example 8.2 15 16
Periodic Physical Properties of Elements C. 이온의크기 이온반지름은이온화합물에서두이온중심사이의거리를측정하여결정다양한이유로동일한이온의크기가약간씩다를수있음 양이온 - 중성원자에서전자를잃어서형성되므로모원자보다작음 전자껍질축소음이온 - 중성원자에전자를첨가하여형성되므로모원자보다큼 전자사이의반발력증가 Periodic Physical Properties of Elements D. Isoelectric Ions ( 등전자이온 ) 같은수의전자를가지는이온 핵전하감소 이온크기증가 17 18
Example 8.3 Ionization Energy A. Ionization energy ( 이온화에너지 ) 바닥상태에있는기체상태의원자나이온으로부터전자하나를제거할때요구되는에너지 이차이온화에너지가일차이온화에너지보다큼 일차이온화에너지이차이온화에너지삼차이온화에너지사차이온화에너지 두번째전자는 1+ 이온으로부터제거 ( 양의전하가증가하면서전자들을더강하게당김 ) 19 20
Ionization Energy Al 3+ 이온의전자배치는 : 핵심부전자 (core electron) 는원자가전자 (valence electron) 에비해훨씬더강하게결합되어있음. 핵심부전자를제거하기어려움. 4 I >> 3 I valence electron 보다 core electron 의제거가훨씬어려움 Ionization Energy 같은족에서위로갈수록증가 같은주기에서오른쪽으로갈수록증가 21 22
Ionization Energy 주기의오른쪽으로갈수록증가 : 동일한주양자수를갖는원자 ( 같은주기원자 ) 에더해지는전자들이더해진양성자에의해증가한핵전하를완전히가리지못하기때문 족의위로갈수록증가 : 족에서위로갈수록 n 값이감소, 즉궤도함수크기감소 => 전자제거위해더큰에너지필요 Be 에서 B 로가면서이온화에너지감소 꽉찬 2s 궤도함수의전자들이 2p 궤도함수의전자들로부터핵전하를차폐하여이 2p 전자를제거하기에용이 N 에서 O 로가면서이온화에너지감소 산소의 2p 에전자가짝으로채워지기시작함에따라전자반발력이증가 정전기적인력과반발력고려 Example 8.4 23 24
Electron Affinity A. Electron Affinity( 전자친화도 ) 기체상태의원자에하나의전자를더할때의에너지변화 전자가더해지는것이발열반응인경우양의부호 유효핵전하증가 전자껍질증가 Electron Affinity 탄소는 C (g) 를형성하는반면, 질소는안정한 N (g) 를형성하지않음 질소 (1s 2 2s 2 2p 3 ) 로부터 N (g) 이온을 (1s 2 2s 2 2p 4 ) 을형성하기위하여는전자가이미하나의전자를가지고있는 2p 에들어가야함. N (g) 는불안정탄소 (1s 2 2s 2 2p 2 ) 로부터 C (g) 이온을 (1s 2 2s 2 2p 3 ) 을형성하는경우는이와같은반발력이없음 질소원자와는대조적으로, 산소원자는하나의전자를받아안정한 O (g) 를형성 산소의핵전하가질소보다크기에이미차있는 2p 에또하나의전자를더하는데따른반발력을극복 25 26
SUMMARY (CHAPTER 8) 유효핵전하와원자반지름의경향성오른쪽으로갈수록원자반지름감소 ( 유효핵전하증가 ) 아래로갈수록원자반지름감소 ( 원자껍질증가 ) 이온화에너지의경향성위쪽으로오른쪽으로갈수록이온화에너지증가 전자친화도의경향성위쪽으로오른쪽으로갈수록전자친화도증가 금속성및비금속성이온화에너지와전자친화도의크기 SUMMARY (CHAPTER 8) 27-28-