화학 고2 물질의 구조와 성질

전자 껍질

원자핵 주위에 에너지 준위별로 구분된 전자의 주요 에너지 층으로, n=1,2,3… 으로 표기된다. 2022 개정 교육과정에서 오비탈 심화는 삭제되었으나, 전자껍질 개념은 화학 결합 이해를 위한 선수 개념으로 유지된다.

원자핵 주위에서 전자가 가질 수 있는 에너지 준위를 층으로 나눈 것으로, 안쪽부터

n = 1, 2, 3, \dots

(K, L, M 껍질)으로 번호를 붙입니다.

계단과 같습니다. 계단 사이 어중간한 높이에 설 수 없듯 전자도 껍질과 껍질 사이의 에너지는 가질 수 없고, 각 계단에 설 수 있는 인원도 정해져 있습니다.

쉽게 말하면

원자 모형에서 전자가 핵 주위에 아무렇게나 흩어져 있지 않다는 것을 보았습니다. 전자 껍질은 그 '아무렇게나가 아닌' 방식입니다. 껍질마다 정해진 에너지가 있고, 핵에서 멀어질수록 에너지가 높습니다.

한 껍질이 담을 수 있는 전자 수는 $2 n^{2}$ 개입니다. K 껍질( $n = 1$ )에 2개, L 껍질( $n = 2$ )에 8개, M 껍질( $n = 3$ )에 18개까지입니다. 전자는 에너지가 낮은 안쪽부터 채워지므로, 원자 번호만 알면 전자 배치를 쓸 수 있습니다. 나트륨(원자 번호 11)은 $2, 8, 1$ 입니다.

화학이 전자 껍질에 집착하는 이유는 하나입니다. 가장 바깥 껍질의 전자(원자가 전자)만이 결합에 참여하기 때문입니다. 안쪽 껍질 전자는 핵에 단단히 붙들려 반응에 거의 나서지 않습니다. 그래서 원자가 전자 수가 같은 원소끼리 성질이 닮고, 이것이 물질과 규칙성에서 본 주기성의 정체입니다.

비활성 기체는 가장 바깥 껍질이 꽉 찬 배치라 좀처럼 반응하지 않습니다. 다른 원자들이 전자를 주거나 받거나 나눠 가지는 이유도 결국 이 배치를 닮으려는 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

껍질이 담을 수 있는 최대 전자 수

$2 n^{2} : K (n = 1) 2, L (n = 2) 8, M (n = 3) 18$

헬륨(2개)이 안정한 것은 K 껍질이 2개로 이미 꽉 찼기 때문입니다. 헬륨만 옥텟(8개)이 아니라 듀엣(2개)인 이유가 여기 있습니다.
예시 2

나트륨과 염소가 이온이 되는 이유

나트륨은 $2, 8, 1$ 이라 전자 1개만 버리면 네온과 같은 $2, 8$ 이 됩니다. 염소는 $2, 8, 7$ 이라 1개만 받으면 아르곤과 같은 $2, 8, 8$ 이 됩니다. 서로에게 가장 싼 거래이므로 $N a^{+}$ 와 $C l^{-}$ 가 만들어집니다.
예시 3

같은 족이 닮은 이유

리튬 $2, 1$ · 나트륨 $2, 8, 1$ · 칼륨 $2, 8, 8, 1$ . 껍질 수는 다르지만 맨 바깥 전자가 모두 1개입니다. 그래서 셋 다 물과 격렬하게 반응하고 $+ 1$ 이온이 됩니다.