코어 전자

Core electron

코어 전자는 발란스 전자가 아니고 화학적 결합에 참여하지 않는 원자의 전자다.[1] 원자핵과 핵전자는 원자핵을 형성한다. 코어 전자는 핵에 단단히 묶여 있다. 따라서 발란스 전자와는 달리 코어 전자는 발란스 전자로부터 원자핵의 양전하를 선별하여 화학적 결합과 반응에 있어 이차적인 역할을 한다.[2]

원소의 발란스 전자 수는 원소의 주기율표 그룹에 의해 결정될 수 있다(발란스 전자 참조).

  • 주군 원소의 경우 발란스 전자 수는 1-8 전자(ns 및 np 궤도)이다.
  • 전환 금속의 경우 발란스 전자 수는 3-12개(ns 및 (n-1)d 궤도)의 범위다.
  • 란타니드 및 액티니이드의 경우 발란스 전자 수는 3-16 전자(ns, (n-2)f 및 (n-1)d 궤도 범위다.

그 원소의 원자에 대한 다른 모든 비밸런스 전자는 코어 전자로 간주된다.

궤도이론

코어 전자와 발란스 전자 사이의 차이에 대한 보다 복잡한 설명은 원자 궤도 이론으로 설명할 수 있다.

단일 전자가 있는 원자에서 궤도 에너지는 원리의 양자수 n에 의해서만 결정된다. n = 1 궤도에는 원자 내에서 가능한 가장 낮은 에너지가 있다. large n의 경우, 에너지가 너무 많이 증가하여 전자가 원자로부터 쉽게 탈출할 수 있다. 단일 전자 원자에서는 원리가 같은 양자수를 가진 모든 에너지 수준이 퇴화되며, 동일한 에너지를 갖는다.

두 개 이상의 전자를 가진 원자에서, 한 전자의 에너지는 전자가 존재하는 궤도상의 특성뿐만 아니라 다른 궤도상의 다른 전자와의 상호작용에도 의존한다. 이를 위해서는 ℓ 양자수를 고려해야 한다. ℓ의 높은 값은 높은 에너지 값과 연관된다. 예를 들어 2p 상태가 2s 상태보다 높다. ℓ = 2일 때 궤도 에너지의 증가는 차상위 쉘에서 궤도 에너지를 s 오르비탈의 에너지 위로 밀어낼 수 있을 정도로 커지며, 3 = 3일 때 에너지는 2단계 더 높은 쉘 안으로 밀어 넣는다. 3d 궤도 충전은 4s 궤도를 채울 때까지 일어나지 않는다.

큰 원자의 각운동량이 증가하는 서브쉘에 대한 에너지의 증가는 전자와 전자의 상호작용 효과에 기인하며, 특히 낮은 각운동량 전자가 핵 쪽으로 더 효과적으로 침투할 수 있는 능력과 관련이 있는데, 여기서 전자는 방해 전자의 전하로부터 더 적은 선별을 받게 된다. 따라서 원자수가 더 높은 원자에서는 전자의 ℓ이 점점 더 에너지에서 결정인자가 되고, 전자의 주요 양자수 n은 에너지 배치에서 점점 더 중요성이 낮아진다. 처음 35개의 하위 쉘(예: 1s, 2s, 2p, 3s 등)의 에너지 시퀀스는 다음 표[표시되지 않음]에 제시되어 있다. 각 셀은 각각 행과 열 지수에 의해 주어진 n과 ℓ을 가진 하위 쉘을 나타낸다. 셀의 번호는 시퀀스에서 서브셸의 위치다. 하위 쉘별로 구성된 아래 주기 표를 참조하십시오.

Periodic Table organized by atomic orbitals.

원자핵심

원자핵심은 발란스 전자가 없는 원자를 가리킨다.[3]

원자핵은 양의 전하를 가지고 있다. 핵의 질량은 원자의 질량과 거의 같다. 원자핵은 충분한 정확도로 세뇌적으로 대칭되는 것으로 간주될 수 있다. 코어 반경은 해당 원자의 반지름보다 최소 3배 작다(동일한 방법으로 반지름을 계산하면). 무거운 원자의 경우, 코어 반경은 전자 수가 증가함에 따라 약간 증가한다. 가장 무거운 자연 발생 원소인 우라늄의 중심부 반지름은 리튬 원자의 반지름과 비슷하지만, 후자는 3개의 전자만 가지고 있다.

화학적 방법은 핵의 전자와 원자를 분리할 수 없다. 불꽃이나 자외선에 의해 이온화되면 원자핵심도 대체로 온전하게 남아 있다.

상대론적 효과

원자 번호 Z가 높은 원소의 경우 코어 전자에 대해 상대론적 영향을 관측할 수 있다. 코어 전자의 속도는 상대론적 운동량에 도달하여 5d 궤도에 비해 6s 궤도의 수축으로 이어진다. 이러한 상대론적 효과에 의해 영향을 받는 물리적 특성은 낮은 수은의 용해 온도 및 에너지 갭의 감소로 인한 금과 세슘의 관찰된 황금색을 포함한다.[4] 금은 다른 가시적인 빛의 파장을 흡수하는 것보다 푸른 빛을 더 많이 흡수하기 때문에 노란색으로 나타나며, 따라서 뒤로 노란 톤의 빛을 반사한다.

Gold Spectrum

전자 전이

핵심 전자는 전자파 방사선의 흡수 시 코어 레벨에서 제거할 수 있다. 이것은 전자를 빈 발란스 껍데기로 흥분시키거나 광전 효과로 인해 광전자로 방출되게 할 것이다. 그 결과로 생긴 원자는 코어 전자 껍질 안에 종종 코어 구멍이라고 불리는 빈 공간을 갖게 될 것이다. 측정 가능한 상태에 있으며 10초−15 이내에 붕괴되어 X선 형광(특징 X선) 또는 오거 효과에 의해 초과 에너지를 방출한다.[5] 발란스 전자가 낮은 에너지 궤도 안으로 떨어지는 에너지 검출은 물질의 전자 및 국부 격자 구조에 관한 유용한 정보를 제공한다. 이 에너지는 대부분 광자의 형태로 방출되지만, 에너지는 원자로부터 방출되는 다른 전자에도 전달될 수 있다. 이 두 번째로 배출된 전자는 오거 전자라고 불리며 간접 방사선 방출에 의한 전자적 전환 과정을 오거 효과라고 한다.[6]

수소를 제외한 모든 원자는 잘 정의된 결합 에너지를 가진 코어 레벨 전자를 가지고 있다. 따라서 X선 에너지를 적절한 흡수 에지로 튜닝하여 프로브할 요소를 선택할 수 있다. 방출되는 방사선의 스펙트럼은 물질의 원소 구성을 결정하는 데 사용될 수 있다.

Effective Nuclear Charge.svg

참고 항목

참조

  1. ^ Rassolov, Vitaly A; Pople, John A; Redfern, Paul C; Curtiss, Larry A (2001-12-28). "The definition of core electrons". Chemical Physics Letters. 350 (5–6): 573–576. Bibcode:2001CPL...350..573R. doi:10.1016/S0009-2614(01)01345-8.
  2. ^ Miessler, Tarr, G.L. (1999). Inorganic Chemistry. Prentice-Hall.
  3. ^ 하랄드 이바흐, 한스 뤼트. 솔리드 스테이트 물리학: 재료 과학의 원리 소개. Springer Science & Business Media, 2009. P.135
  4. ^ "Quantum Primer". www.chem1.com. Retrieved 2015-12-11.
  5. ^ IUPAC, 화학용어 종합편찬, 제2편. ("금책")(1997년). 온라인 수정 버전: (2006–) "오우거 효과". doi:10.1351/골드북.A00520
  6. ^ "The Auger Effect and Other Radiationless Transitions". Cambridge University Press. Retrieved 2015-12-11.