[고체물리학 설명문] 2. 원자와 원자 결합계

소개

해당 글은 [고체물리학]에서 [원자와 원자 결합계] 관련 내용을 정리한 설명문입니다.
해당 글은 물리학과 학부생이 서적과 수업을 참고하여 작성한 것입니다.
주로 참고한 서적은 {The Solid State Basics, Steven H. Simon}입니다.
해당 글에 나타난 어느 문장도 서적에 등장한 것을 그대로 옮겨적지 아니하였으며, 개인이 이해하고 고찰한 내용을 직접 글로 풀어쓴 것입니다. 참고서적에 등장하는 내용에 추가설명이나 유도과정이 덧붙혀진 것이 있습니다.
해당 글은 시험에 대비하기 위해 창작한 정리노트의 일종이며, 일부 내용은 잘못되었을 수 있습니다.

목차

1. 원자 오비탈과 주기성 이론
1) 원자에 속박된 전자
2) 원자의 주기성이론

2. 입자 결합
1) 이온결합과 공유결합
2) 결합된 입자 시스템의 오비탈

본문내용

(1) 유효핵전하
① 정의: 다전자 원자를 생각하자. 이의 한 최외각 전자는 그 원자의 원자핵의 영향을 여과 없이 받지는 않고, 핵심부 전자로부터의 반발력과 여타 다른 최외각 전자로부터의 반발력의 영향으로 인해 그 효력이 감퇴된 것을 받는다. 이처럼 다전자원자에 대하여 그것의 최외각 전자가 실질적으로 인지할 것으로 기대되는 원자의 핵전하량을 그 원자의 유효핵전하라고 한다. 이때 주변 전자들로 인해 한 최외각 전자에 대한 유효핵전하의 효력이 감퇴되는 것을 전자가림효과라고 한다.

② 유효핵전하 식: 어떤 원자에 대하여 그 실제 핵전하량 Z가 클수록, 또한 전자가림효과는 적을수록 유효핵전하도 클 것이다. 따라서 어떤 원자의 유효핵전하 Z*는 다음과 같다.
Z*~ Z/(전자 가림 효과)
한편 전자 가림에 있어서 다음의 규칙이 성립한다.
가. 다른 최외각 전자에 의한 전자가림은 매우 미미하다.(~0)
나. 핵심부 전자들에 의한 전자가림은 매우 세다.
따라서 최외각 전자는 원자의 유효핵전하에 영향을 주지 않는다. 그러나 핵심부 전자 수의 증가는 큰 전자가림효과로 이어지고, 따라서 어떤 원자의 핵심부 전자수를 Nc라 하면 다음이 성립한다.

③ 안정한 중성원자의 유효핵전하
실제로 각 원자번호에 따른 중성원자의 유효핵전하를 그래프로 나타낸 것과, 그에 대한 설명은 다음과 같다.

가. group 1~4, 6: 원자번호가 증가하면 실제 핵전하량이 증가한다. 한편, 1~4, 6그룹내 원자의 경우, 원자번호가 증가하면 최외각 전자수만 증가하고 핵심부 전자수는 일정하게 유지된다. 따라서 유효 핵전하량은 원자번호에 따라 증가한다.
나. group 5: 이 경우 원자번호가 증가하면 여전히 핵 전하량이 증가한다. 그러나 이와 동시에 n=3궤도에서 핵심부전자들의 개수가 증가한다. 두 효과는 상쇄되어 유효핵전하량은 원자번호에 따라 일정한 값을 갖게된다.
다. 그룹 간 경계: 경계에서 원자번호가 증가하면 최외각 궤도가 하나 높아진다.

참고자료

· 없음