원자가 전자
Valence electron
화학 및 물리학에서 원자가전자는 원자와 관련된 외각의 전자이며 외각이 닫히지 않으면 화학결합의 형성에 참여할 수 있다.단일 공유결합에서 결합 내의 양쪽 원자는 공유쌍을 형성하기 위해 하나의 원자가전자를 기여한다.
원자가 전자의 존재는 원자가와 같은 원소의 화학적 성질을 결정할 수 있습니다. 원자가 전자가 다른 원소와 결합할 수 있는지 여부, 결합할 경우 얼마나 쉽게, 얼마나 많은 원소와 결합할 수 있는지를 결정합니다.이러한 방식으로, 주어진 원소의 반응성은 그 전자 구성에 크게 의존합니다.주족 원소는 원자가 전자가 가장 바깥쪽 전자껍질에만 존재할 수 있고 전이 금속은 원자가 전자가 내부껍질에도 존재할 수 있다.
원자가 전자(귀가스 구성에 대응)의 닫힌 껍질이 있는 원자는 화학적으로 비활성인 경향이 있다.닫힌 껍질보다 하나 또는 두 개의 원자가 전자를 가진 원자는 여분의 원자가 전자를 제거하여 양이온을 형성하는 에너지가 상대적으로 낮기 때문에 반응성이 매우 높다.닫힌 껍질보다 1~2개의 전자가 적은 원자는 결손된 원자가 전자를 얻어 음이온을 형성하거나, 그렇지 않으면 원자가 전자를 공유하여 공유결합을 형성하려는 경향 때문에 반응성이 있다.
코어 전자와 유사하게, 원자가 전자는 광자의 형태로 에너지를 흡수하거나 방출하는 능력을 가지고 있다.에너지 이득은 전자가 외부 껍질로 이동하도록 트리거할 수 있습니다. 이것은 원자 들뜸이라고 알려져 있습니다.또는 전자는 관련된 원자의 껍질에서 분리될 수도 있다; 이것은 양이온을 형성하기 위한 이온화이다.전자가 에너지를 잃으면(이로 인해 광자가 방출됨), 완전히 점유되지 않은 내부 껍질로 이동할 수 있다.
개요
전자 구성
원자가를 결정하는 전자(원자가 화학적으로 반응하는 방식)는 에너지가 가장 높은 전자입니다.
주족 원소에 대해 원자가 전자는 가장 높은 주양자수 [1]n의 전자껍질 내에 존재하는 전자로 정의된다.따라서, 가지고 있을 수 있는 원자가 전자의 수는 간단한 방법으로 전자 구성에 의존합니다.예를 들어, 인(P)의 전자 배치는 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3이 5원자가 전자(3s2 3p3), 해당하는 최대 원자가 P5로 그 분자 PF5, 이 구성은 보통 축약 될[로마]3s2 3p3,[로마]을 의미하는 핵심 전자의 구성 환경이 동일한 것을. 불활성 기체네온
단, 전이 요소는 부분적으로 채워진 (n-1)d 에너지 준위를 가지고 있으며, 에너지 준위는 ns [2]준위에 매우 가깝다.따라서 주족 원소와는 반대로 전이 금속용 원자가 전자는 귀가스 [3]코어 외부에 존재하는 전자로 정의됩니다.따라서 일반적으로 전이 금속의 d 전자는 가장 바깥쪽 껍질에 없지만 원자가 전자처럼 작용한다.예를 들어 망간(Mn)은 구성 1s2 2p26 3s2 3p6 4s2 3d를5 가지며 [Ar] 4s2 3d로5 줄여서 [Ar]는 귀가스 아르곤과 동일한 코어 구성을 나타낸다.이 원자에서 3D 전자는 4s 전자와 비슷한 에너지를 가지며 3s 또는 3p 전자보다 훨씬 높다.실제로 아르곤상 코어 밖에는 7개의 원자가 전자(4s25 3d)가 존재할 가능성이 있다.이는 망간이 +7(과망간산 이온: MnO−
4)의 높은 산화 상태를 가질 수 있다는 화학적 사실과 일치한다.
각 전이 금속 계열에서 오른쪽이 멀수록 d 하위 껍질에 있는 전자의 에너지가 낮아지고 이러한 전자는 원자가 특성을 가집니다.따라서, 니켈 원자는 원칙적으로 10개의 원자가 전자2(4s8 3d)를 가지고 있지만, 그 산화 상태는 4개를 넘지 않습니다.아연의 경우, 일부 [4]화합물에서는 원자가 대역에 기여하지만 알려진 모든 화합물에서는 3d 서브셸이 완성됩니다.
d전자 카운트는 전이 금속의 화학을 이해하기 위한 대체 도구입니다.
원자가 전자의 수
원소의 원자가 전자 수는 원소가 분류된 주기율표군(수직열)에 의해 결정될 수 있다.그룹 3 ~ 12(전이 금속)를 제외하고 그룹 번호의 단위 자릿수는 특정 열에 나열된 원소의 중성 원자와 관련된 원자가 전자의 수를 식별합니다.
| 주기율표 블록 | 주기율표군 | 원자가 전자 |
|---|---|---|
| s | 제1류(I)(알칼리 금속) | 1 |
| 제2류(II)(알칼린 토류 금속) 및 헬륨 | 2 | |
| f | 란타니드 및 악티니드 | 3 ~ 16[a] |
| d | 그룹 3-12(트랜지션 메탈) | 3 ~ 12[b] |
| p | 그룹 13(III) (보론 그룹) | 3 |
| 그룹 14(IV) (탄소 그룹) | 4 | |
| 그룹 15(V) (피닉토겐 또는 질소기) | 5 | |
| 그룹 16(VI)(칼코겐 또는 산소기) | 6 | |
| 그룹 17(VII) (할로겐) | 7 | |
| 헬륨을 제외한 18류(VII 또는 0)(귀한 가스) | 8 |
헬륨은 예외입니다. 2개의 원자가 전자를 가진 1s2 구성을 가지며, 따라서2 ns 원자가 구성을 가진 알칼리 토류 금속과 어느 정도 유사하지만, 껍질은 완전히 채워져 있기 때문에 화학적으로 매우 불활성하며 보통 다른 귀한 가스와 함께 18그룹에 속합니다.
밸런스 셸
원자가 셸은 화학 결합을 형성하기 위해 전자를 받아들이기 위해 에너지적으로 접근할 수 있는 일련의 궤도입니다.
주군 원소의 경우, 원자가 셸은 가장 바깥쪽 전자 셸의 ns 및 np 오비탈로 구성됩니다.전이금속은 불완전한 (n-1)d 서브셸의 궤도, 란타니드 및 악티니드 불완전한 (n-2)f 및 (n-1)d 서브셸을 포함한다.관련된 궤도는 내부 전자 껍질에 있을 수 있고 모든 것이 주어진 요소에서 동일한 전자 껍질 또는 주요 양자 수 n에 해당하지는 않지만, 모두 핵으로부터 비슷한 거리에 있습니다.
| 요소 유형 | 수소와 헬륨 | p블록 (메인 그룹 요소) | d블록 (전이금속) | f-블록 (랜타니드 및 액티니드) |
|---|---|---|---|---|
| 원자가 궤도[5] |
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|
| 전자 계수 규칙 | 듀엣/듀플릿 규칙 | 옥텟 규칙 | 18진법칙 | 32비트 규칙 |
일반적으로 주군 원소(수소 또는 헬륨 제외)는 반응하여 sp26 전자 구성을 형성하는 경향이 있습니다.각각의 결합 원자가 공유 전자를 포함한 8개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 이러한 경향은 옥텟 법칙이라고 불립니다.마찬가지로 전이 금속은 dsp 전자 구성을1026 형성하기 위해 반응하는 경향이 있습니다.각각의 결합된 원자가 공유 전자를 포함한 18개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 이러한 경향은 18개의 전자 법칙이라고 불립니다.
화학 반응
원자의 원자가 전자의 수는 결합 행동을 지배한다.그러므로, 원자가 전자의 수가 같을 수 있는 원소는 원소들의 주기율표에서 함께 그룹화 된다.
가장 반응성이 높은 금속 원소는 1족 알칼리 금속(예를 들어 나트륨 또는 칼륨)입니다. 이러한 원자는 단일 원자가 전자만을 가지고 있기 때문입니다.필요한 이온화 에너지를 제공하는 이온 결합 형성 중에 이 1가의 전자는 쉽게 손실되어 닫힌 껍질(예를 들어 Na 또는+ K)을+ 가진 양이온(카티온)을 형성한다.그룹 2의 알칼리 토류 금속(예를 들어 마그네슘)은 각 원자가 2개의 원자가 전자를 잃어야 닫힌 껍질(예를 들어2+ Mg)과 함께 양이온을 형성할 수 있기 때문에 반응성이 다소 낮다.
금속의 각 그룹(각 주기율표 열) 내에서, 무거운 원소가 가벼운 원소보다 더 많은 전자껍질을 가지고 있기 때문에, 반응도는 표의 아래 행에 따라 증가한다. 무거운 원소의 원자가 전자는 더 높은 주요 양자수(핵에서 더 멀리 떨어져 있음)에 존재한다.즉, 원자의 s는 더 높은 잠재 에너지에 있으며, 이는 원자가 덜 단단하게 결합된다는 것을 의미한다.)
비금속 원자는 완전한 원자가 쉘을 얻기 위해 추가적인 원자가 전자를 끌어당기는 경향이 있습니다. 이는 두 가지 방법 중 하나로 달성될 수 있습니다.원자는 인접한 원자(공유 결합)와 전자를 공유하거나 다른 원자(이온 결합)에서 전자를 제거할 수 있습니다.비금속 원소의 가장 반응성이 높은 종류는 할로겐(예: 불소(F) 또는 염소(Cl))입니다.이러한 원자는 다음과 같은25 전자 구성을 가지고 있다: sp; 이것은 닫힌 껍데기를 형성하기 위해 단지 하나의 추가적인 원자가 전자만을 필요로 한다.이온 결합을 형성하기 위해 할로겐 원자는 음이온을 형성하기 위해 다른 원자로부터 전자를 제거할 수 있다(예를 들어 F−, Cl− 등).공유 결합을 형성하기 위해 할로겐에서 하나의 전자와 다른 원자의 하나의 전자가 공유 쌍을 형성한다(예를 들어, 분자 H–F에서, 선은 H와 F에서 하나의 공유된 원자가 전자 쌍을 나타낸다).
각 비금속 그룹 내에서 반응성은 주기율표의 (경원소에서 중원소로) 표의 각 하단 행에 따라 감소한다. 왜냐하면 원자가 전자는 점차적으로 높은 에너지이므로 점차적으로 덜 단단하게 결합되기 때문이다.사실, 산소(16족 중 가장 가벼운 원소)는 할로겐은 아니지만 할로겐의 원자가 껍질이 더 높은 주요 양자 수이기 때문에 불소 다음으로 반응성이 가장 높은 비금속입니다.
옥텟 규칙을 따르는 이러한 간단한 경우, 원자의 원자는 안정적인 옥텟을 형성하기 위해 획득, 손실 또는 공유되는 전자의 수와 같습니다.하지만, 예외인 분자들도 많고, 원자가가 덜 명확하게 정의되어 있다.
전기 전도율
원자가 전자는 또한 원소의 전기 전도율을 담당합니다. 그 결과 원소는 금속, 비금속 또는 반도체[clarification needed](또는 금속)[citation needed]로 분류될 수 있습니다.
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |||||||||||||||
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| 그룹 → | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| ↓ 기간 | ||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | H | 그 | ||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | 리 | 있다 | B | C | N | O | F | 네 | ||||||||||||||||||||||||
| 3 | 나 | Mg | 알 | 시 | P | S | 클론 | 아르 | ||||||||||||||||||||||||
| 4 | K | Ca | 스케이 | 티 | V | Cr | Mn | Fe | 회사 | 니 | CU | Zn | 가 | ge | ~하듯이 | 세 | 브르 | Kr | ||||||||||||||
| 5 | Rb | 시르 | Y | Zr | Nb | 모 | Tc | 루 | Rh | PD | 아그 | CD | 인 | 스니 | Sb | 테 | I | Xe | ||||||||||||||
| 6 | Cs | 바 | 라 | Ce | PR | Nd | Pm | SM | 에우 | Gd | Tb | Dy | 호 | 음.정말 | Tm | YB | 루 | HF | 타 | W | 레 | OS | Ir | Pt | 오 | Hg | Tl | PB | Bi | 포 | 앳 | Rn |
| 7 | 프루 | 라 | AC | Th(Th) | 빠 | U | Np | 푸 | 암 | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | 아니요. | Lr | Rf | 데이터베이스 | Sg | Bh | Hs | 산 | Ds | Rg | Cn | Nh | 플 | 맥 | Lv | Ts | 오그 |
금속 소자는 일반적으로 고체 상태일 때 높은 전기 전도율을 가집니다.주기표의 각 행에서 금속은 비금속 왼쪽에 발생하므로 비금속보다 가능한 원자가 전자가 적다.단, 금속원자의 원자가전자는 이온화 에너지가 작으며, 고체상태에서 이 원자가전자는 가까운 다른 원자와 관련짓기 위해 하나의 원자를 남기는 것이 비교적 자유롭다.이러한 "자유" 전자는 전계의 영향을 받아 이동할 수 있으며, 그 움직임은 전류를 구성합니다. 즉, 금속의 전기 전도율을 담당합니다.구리, 알루미늄, 은 및 금은 좋은 도체의 예입니다.
비금속 원소는 전기 전도율이 낮아 절연체 역할을 합니다.이러한 원소는 주기율표의 오른쪽을 향해 발견되며, 적어도 절반 이상 채워진 원자가 셸을 가지고 있습니다(예외는 붕소).이온화 에너지가 커서 전장이 가해질 때 전자가 원자를 쉽게 떠나지 않아 아주 작은 전류만 흐를 수 있다.고체 원소 절연체의 예로는 다이아몬드(탄소 동위원소)와 유황이 있습니다.
금속원자의 원자가 전자를 이용해 이온결합을 형성하면 금속을 포함한 고체화합물도 절연체가 될 수 있다.예를 들어 원소나트륨은 금속이지만 고체염화나트륨은 절연체로서 나트륨의 원자가 전자가 염소로 전달되어 이온결합을 형성하기 때문에 전자가 쉽게 이동하지 않는다.
반도체는 금속과 비금속과의 중간 전도율을 가지며, 반도체는 온도에 따라 전도율이 높아진다는 점에서 금속과 다르다.전형적인 원소 반도체는 실리콘과 게르마늄이며, 각각의 원자는 4개의 원자가 전자를 가지고 있다.반도체의 특성은 밴드 이론을 사용하여 가장 잘 설명되는데, 이는 원자가 전자를 절대 0으로 포함하는 원자가 띠와 전도 띠 사이의 작은 에너지 갭의 결과입니다.
레퍼런스
- ^ Petrucci, Ralph H.; Harwood, William S.; Herring, F. Geoffrey (2002). General chemistry: principles and modern applications (8th ed.). Upper Saddle River, N.J: Prentice Hall. p. 339. ISBN 978-0-13-014329-7. LCCN 2001032331. OCLC 46872308.
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- ^ Miessler G.L. 및 Tarr, D.A. 무기화학 (2학번)프렌티스홀 1999). 페이지 48.
- ^ Tossell, J. A. (1 November 1977). "Theoretical studies of valence orbital binding energies in solid zinc sulfide, zinc oxide, and zinc fluoride". Inorganic Chemistry. 16 (11): 2944–2949. doi:10.1021/ic50177a056.
- ^ Chi, Chaoxian; Pan, Sudip; Jin, Jiaye; Meng, Luyan; Luo, Mingbiao; Zhao, Lili; Zhou, Mingfei; Frenking, Gernot (2019). "Octacarbonyl Ion Complexes of Actinides [An(CO)8]+/− (An=Th, U) and the Role of f Orbitals in Metal–Ligand Bonding". Chem. Eur. J. 25 (50): 11772–11784. doi:10.1002/chem.201902625. PMC 6772027. PMID 31276242.
외부 링크
- 프랜시스, 이든밸런스 전자
