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무기화학 분자궤도함수

분자궤도 함수1). 서론분자 궤도함수란 오비탈로서, VSEPR이론을 보완할 수 있는 수단이다. VSEPR이론으로는 분자의 대략적인 구조나 각 원자의 위치만을 알 수 있지만, 분자궤도함수 즉, 분자 오비탈로는 원자 사이의 결합각이나 전자의 존재 확률 또한 계산해 낼 수 있다.2). 조사한 내용1. 결합성, 반 결합성 분자궤도 함수- (+) + (+) 보강간섭(같은 부호의 파장끼리 결합하여 더 큰 파장을 형성) 결합에 기여하여 결합성 분자궤도함수를 생성- (+) - (+) 상쇄간섭(다른 부호의 파장이 더해지거나 같은 부호의 파장이 빼져서 파장이 상쇄) 결합을 저해하여 반결합성 분자궤도함수를 생성.> 전자 간 인력이나 핵 간 반발력결합성 분자궤도함수는 전자 간, 핵과 핵 간 반발력 보다는 핵과 전자간의 인력이 커서 원자궤도함수보다 낮은 에너지상태를 나타냄반결합성 분자궤도함수는 전자 간, 핵과 핵간 반발력이 핵과 전자간의 인력보다 커서 원자궤도함수보다 높은 에너지 상태를 나타낸다.2. 분자 오비탈의 생성> 분자오비탈을 생성하기 위해 필요한조건겹치는 원자 궤도 함수의 부호가 같아야 한다( 결합성 분자궤도 함수를 생성한다)오비탈 간의 충분한 겹침이 이루어질 정도로 원자 간의 거리가 충분히 가까워야 한다.> 분자궤도함수의 이론①원자 오비탈 수 만 큼 새로운 분자 오비탈을 생성 한다.②에너지 준위가 낮은 분자궤도함수부터 전자를 채운다.③에너지 준위가 비슷한 두개 이상의 분자궤도함수가 존재하면 전자간의 반발력을 최소화하기 위해서 홀 전자의 상태로 전자를 채운 후 전자쌍을 형성한다(훈트의 규칙)④한 궤도 상자에서 존재하는 2전자의 스핀방향은 반대이다.3. 시그마 결합(σ-bond), 파이 결합(π-bond)- 시그마 결합(σ-bond)시그마(σ)라는 표현은 핵 간을 연결하는 축에 대하여 대칭성을 유지하는 궤도함수를 뜻한다. 시그마 결합은 결합을 이루고 있는 두 원자의 핵을 잇는 축(결합축)을 중심으로 그 둘레에 위치하고 있어 전자의 분포가 원통형 대칭이 된다.- 파이 결합(π-bond)파이(π)라는 표현은 결합축에 대하여 C₂ 회전을 했을 때 부호가 바뀌는 것을 표현한다.시그마 결합과 파이 결합의 에너지 준위4. 동핵 이원자 분자- 이원자 분자의 단순성은 각 원자의 궤도함수가 어떻게 분자에서 분자궤도 함수를 형성하는지를 설명하는 데 편리한 예를 제공한다. 분자 궤도함수의 이론은 Lewis 점전자 구조식을 통해 예측할 수 없는 것을 예측하게 하며 실험적 증거에 일치하는 설명을 제공한다. 아래 그림은 주기율표의 처음 10개 동핵 이원자 분자 궤도 함수를 나타낸다. 이 에너지 그림은 원자 궤도함수 간의 에너지가 같은 상태라고 가정하였을 때의 에너지 준위도이다. 에너지 준위도에서 부가적인 표시법은 궤도함수를 설명하는 데 도움이 된다. g는 gerade의 약자로 반전 대칭 조작에 대칭성을 가지며, u는 ungrade의 약자로 반전 대칭 조작에 대하여 부호가 바뀌는 반대칭성을 나타낸다.- 궤도함수의 혼합아래 그림의 왼쪽에서는 동핵 이원자 분자에서 같은 에너지를 가진 원자 궤도 함수만이 고려된 에너지 준위도를 보여 준다. 그러나 비슷한 동일한 대칭성을 가진 두 ㅤㅜㄴ자 궤도 함수의 에너지가 비슷할 때, 에너지 준위가 낮은 궤도함수는 더욱 낮아지며, 에너지 준위가 높은 궤도함수는 더욱 높아지는 상호작용을 한다. 동핵 이원자 분자의 경우 σg(2p)와 σg(2s) 궤도함수는 σg 대칭성( 무한개의 회전 대칭성과 반전 대칭 조작을 했을 때 유지되는 대칭성)을 가지고 있다. 아래 그림의 오른쪽에 나타난 바와 같이, 이들 궤도함수는 σg(2p) 궤도함수의 에너지 준위를 높이고, σg(2s) 궤도함수의 에너지 준위를 낮춘다. 이와 유사하게 σu?(2s)와 σu?(2p) 궤도함수의 상호 작요은 σu?(2s)의 에너지를 낮추고, σu?(2p)궤도함수의 에너지를 상승시킨다. 이러한 현상을 혼합(mixing)이라고 한다.5. 이핵 이원자 분자- 극성 결합원자의 핵전하가 다른 것은 불균등한 궤도함수 상호작용을 유발하고, 그 결과로 분자 궤도 함수 에너지가 이동하게 된다.* 일산화탄소 (CO)이핵 이원자 분자에서는 원소의 전기음성도가 클수록 전기 음성도가 작은 원소보다 낮은 에너지 준위를 가진다. 아래의 분자 궤도함수는 이런 현상을 보여주는데, 산소의 2s 궤도함수와 2p 궤도함수의 에너지가 탄소의 해당 에너지보다 낮다.* HF플루오린 원자의 2s 궤도함수가 수소의 1s보다 약 26 eV만큼 낮은 에너지를 갖고 있어서 그것들 사이의 상호작용은 거의 없는 반면에, 플루오린의 2pz(-18.65 eV)와 수소 1s( -13.61 eV)는 에너지가 비슷하여 하나의 결합과 반결합 σ*를 형성한다. 플루오린 원자의 2px와 2py는 전자 한 쌍을 가지며 비결합으로 남게 된다.

자연과학| 2019.10.16| 9페이지| 2,000원| 조회(482)

일반화학, 무기화학, 분자궤도 함수

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무기화학 표준 환원 전위

표준 환원 전위1. 서론표준 환원 전위의 정의를 살펴보고 그 의미를 생각해본다.2. 조사한 내용표준 환원 전위 [standard reduction potential, 標準還元電位 ]요약 표준 환원 전위는 표준 수소 전극과 환원이 일어나는 반쪽 전지를 결합시켜 만든 전지에서 측정한 전위를 말한다.전지는 화학 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 장치인데, 전자의 이동이 수반되는 산화·환원반응을 이용한 것이다.산화는 전자를 내어 주는 반응이고 환원은 전자를 얻는 반응이므로, 전자는 산화되는 물질에서 환원되는 물질로 이동한다. 이때 전자가 도선을 통해 이동하게 하면 이 도선에 전기 에너지를 필요로 하는 기기를 연결하여 외부에서 전기 에너지를 꺼내 쓸 수 있다. 전지 중 그 원리를 가장 쉽게 이해할 수 있는 것은 황산염의 전해질 용액에 아연 전극과 구리 전극을 담그고 두 전극을 도선으로 연결해 만든 다니엘 전지이다.다니엘 전지가 나타내는 전압은 25˚C에서 전해질의 농도가 각각 1M이었을 때 1.10V이다. 이것은 아연이 구리보다 전자를 내어놓는 세기가 1.10V만큼 크기 때문에 나타나는 것이다.한편 다니엘 전지에서 아연 전극을 표준 수소 전극으로 바꾸어 전지를 꾸미고 이 전지가 나타내는 전위차를 측정하면 +0.337V의 값을 얻는다. 수소가 전자를 내어놓는 세기가 구리보다 0.337V만큼 크기 때문이다.이렇게 전지의 전압은 산화되는 반쪽 전지와 환원되는 반쪽 전지를 어느 것으로 하는가에 따라 달라지는데, 산화되는 반쪽 전지를 표준 수소 전극으로 하고 여기에 환원되는 반쪽 전지를 연결하여 꾸민 전지가 나타내는 전위를 표준 환원 전위라 하고 기호 E˚로 나타낸다. 이 때 표준 환원 전위를 제시하는 조건도 정해져 있는데 그 조건은 온도 25˚C, 전해질 농도 1M, 기체인 경우 압력이 1기압이다.표준 환원 전위에서 다음과 같은 사항을 알 수 있다.1. 모든 반쪽 반응은 환원되는 형태로 나타낸다.2. 각 반쪽 반응은 오른쪽으로 진행할 수도 있고 왼쪽으로도 진행할 수 있다.3. 표준 환원 전위의 값이 클수록 환원이 잘 되고 그 값이 작을수록 산화가 잘 된다.4. 산화제는 반쪽 반응식의 왼쪽에, 환원제는 오른쪽에 나타난다.5. 두 반쪽 전지를 연결하여 전지를 꾸밀 때, 표준 환원 전위 값이 작은 것이 (-)극, 그 값이 큰 것이 (+)극이 된다.6. 두 반쪽 전지를 연결하여 전지를 꾸밀 때, 표준 환원 전위 값 차이가 클수록 전지의 기전력이 커진다.7. 전지의 기전력은 전지를 구성한 반쪽 전지를 구성하는 물질의 본질과 농도에만 의존할 뿐 양에는 관계없다.3. 의문1. 표준 환원 전위의 부호가 나타내는 것이 무엇인가?표준 환원 전위에서는 수소 이온의 환원 정의를 0이라고 가정했다. 환원전위란 환원될 때 만들어 내는 전위라는 뜻 이다. 수소 이온의 환원전위보다 더 크다면, 환원이 잘 되는 것을 의미하고 반대라면 환원이 잘 되지 않고 산화되려하는 성질이 크다는 것을 의미한다. 따라서 부호가 플러스인 것은 수소보다 환원되기 쉽고, 마이너스인 것은 수소보다 산화되기 쉬운 것을 의미한다.

자연과학| 2019.10.16| 4페이지| 1,000원| 조회(192)

일반화학, 무기화학, 표준 환원 전위

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무기화학 원자전자 궤도 함수의 형태

원자/전자 궤도 함수의 형태1. 서론원자 궤도 함수의 종류와 형태를 살펴보고 전자 발견확률과 전자 배치에 대하여 생각해 본다.2. 조사한 내용(1) s 궤도함수s궤도 함수는 구형이면서 방향성이 없다. 이 안에는 전자가 2개씩 들어갈 수 있는데 한 궤도 함수 안에 전자 2개가 들어갈 수 있다는 것은 모든 원자 궤도함수가 마찬가지이다. s궤도 함수는 구형이므로 전자는 사방팔방으로 어느 방향에서나 존재할 수 있지만 핵에서 떨어진 거리가 멀어짐에 따라 전자가 발견될 확률은 여러 봉우리와 골을 보인다.전자의 존재 확률을 논할 때, 슈뢰딩거의 파동 방정식이 나오는데 이 방정식을 풀어서 나온 파동 함수(Ψ)는 다음 그림과 같다. 이 파동함수의 값은 핵으로 갈수록 커진다.특정한 미소 구간 (아주 좁은 구간)에서 전자가 발견될 확률을 구하는 과정은 다음과 같다.dr을 두께로 가지고 있는 저 특정한 구 껍질은 사실 두께를 갖지 않는 하나의 얇은 껍질로 보아도 좋으며 저 구의 겉넓이는 4πr²이 된다. 이렇게 구한 구의 겉넓이와 파동함수의 제곱을 곱한 값이 바로 방사 방향 확률 분포가 된다. 방사 방향 확률 분포는 원자가 많은 구 껍질들로 이루어졌다고 가정했을 때에 그 안에 들어있는 전자의 확률 분포를 나타낸 것이라고 보면 된다. 때문에 방사 방향 확률 분포는 거리에 영향을 받게 된다.(방사 방향 확률 분포)=4πr²Ψ²파동함수를 보면 핵으로 갈수록 값이 높아지지만 껍질의 겉넓이, 즉 공간의 크기를 고려한 방사 방향 확률 분포에서는 이와는 확연히 다른 양상을 띠고 있음을 확인할 수 있다. 이는 핵으로부터의 거리 r이 고려되는 방사방향 확률분포의 특징이라 할 수 있다,1s 오비탈에서는 가운데 핵에서만 전자 발견확률이 0이지만, 2s, 3s 궤도함수로 갈수록 전자가 없는 부분(마디)이 생긴다. 아래 그래프에서 방사방향 확률 분포가 0이 되는 지점이 마디이며, 이 마디들은 방향성이 없다고 해서 방사상 마디(radial node)라고 부른다.(2) p 궤도함수p 궤도함수는 아령 모양이며 방향성이 있다. 서로 직교하는 세 개의 오비탈 px, py, pz 궤도 함수에 전자가 두 개씩 들어간다.(3) d 궤도함수d 오비탈은 다소 복잡한 모양으로 서로 다른 5개의 오비탈이 존재한다. 이 중에 평면으로 늘어진 것이 4종류, z축 방향으로 늘어진 것이 1종류이다. d 원자 궤도함수 역시 2개씩의 전자가 들어갈 수 있다.3. 의문1. 전이 금속 중 Cr, Cu 는 왜 4s₂를 채우지 않고 4s₁을 채운 뒤 d를 채우는가?

자연과학| 2019.10.16| 5페이지| 1,000원| 조회(169)

일반화학, 무기화학, 원자/전자 궤도 함수의 형태

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무기화학2 주기율표

주기율표1. 서론원소 주기율표의 역사와 종류를 알아보고 원자들의 특성을 살펴본다. 또한 원자 결합의 종류와 영향에 대하여 생각해본다.2. 조사한 내용단주기형 주기표원소의 주기율에 의해서 원소를 분류 배열한 주기표의 일종으로 2, 8, 18, 32의 주기 중에서 8을 기준으로 하고 있다. D.I. Mendelejeff(1869년)가 처음으로 만든 주기표도 이 형이다. 원소는 제0족에서 제Ⅷ족에 이르는 9개의 족과 희토류 원소의 1족으로 분류되고, 제Ⅰ족에서 제Ⅶ족까지는 다시 각 족이 A, B 또는 a, b의 분족으로 분류된다. 원자가와 족의 번호에는 밀접한 관계가 있고, 각 족(분족의 구별이 있는 족에서는 각 분족)에 속하는 원소는 서로 화학적 성질이 비슷하다. 단주기형 주기표는 원소를 화학적 성질에 따라서 분류하는 점에서 뛰어난 특징을 갖고 있기 때문에 널리 이용되고 있지만, 원소의 각 주기의 처음과 끝이 비교적 알기 어려운 것이 결점이다. 주기표의 항에서 열거한 단주기형 주기표 외에 단조형강의 표와 같은 것도 자주 사용된다.장 주기형 주기표주기율에 따라 장주기를 기준으로 하여 만든 주기표를 말한다.가리움 효과1개의 전자만을 가지고 있는 수소 원자에서 전자에 작용하는 알짜힘은 원자핵으로부터의 전기적 인력과 같은 크기이다. 그러나, 더 많은 전자를 가진 원자에서 n 번째 전자껍질의 각각의 전자는 원자핵으로부터의 전자기적인 인력만이 아니라, 첫 번째 껍질 부터 n번째 껍질 까지의 다른 전자로부터의 반발력도 받고 있다. 따라서 바깥쪽 껍질의 전자에 작용하는 알짜힘은 극적으로 작아지고, 안쪽 껍질의 전자에 비해 원자핵에 그다지 속박되지 않는다. 이 감소를 ‘침투효과(Penetration Effect)’라고 한다.가리움 효과의 정도는 양자역학에 의한 효과 때문에 정확한 계산이 어렵다. 근사치로써 아래의 방법으로 각 전자의 유효핵전하를 가늠할 수 있다.Z e f f = Z ? σ여기에서 Z는 원자핵의 양성자의 수, σ는 고려하고 있는 전자와 원자핵의 사이에 존재하고 있는 전자의 평균 개수이다. σ는 양자화학과 슈뢰딩거 방정식을 사용하거나 슬레이터 규칙을 사용하는 것으로 구할 수 있다.전이원소전형원소(典型元素)에 대응하는 것으로 천이원소(遷移元素)라고도?한다. 또한?전이원소를 이루는 모든 원소가?금속원소인 데서 전이금속이라고도 한다.멘델레예프가 당시에 알려진 원소들을 주기적으로 분류하여 주기율표를 만들었을 때는 제8족으로서 성질이 비슷한 철·코발트·니켈 및 루테늄·로듐·파라듐, 그리고 오스뮴·이리듐·백금 등 세 원소로 이루어진?원소들이다. 즉, 당시의 주기율표에서 할로젠을 포함하는 제7족에서?알칼리금속을 포함하는 제1족 원소들을?연결하는 다리와 같은 역할을 하는 과도적인 원소들을 전이원소라고 하였다. 현대의 주기율표에서의 제8족 원소와 멘델레예프 시대의 제8족 원소는 다르다.그 후 원소의 원자가 지니는 전자구조가 밝혀짐에 따라 원소의 분류도 전자구조에 따라 분류되었다.?이에 따라 원자의 전자구조에 있어서 d오비탈에서 전자의 증가를 볼 수 있는 일련의 원소군을 분류할 수 있게?되었다. 현대에는 이 원소군을 이루는 원소들을 전이원소라 한다.?이러한 전이원소의 분류는 학자에 따라 약간의 차이는 있으나, 보통 원자번호 21인 스칸듐부터 30인 아연까지, 원자번호 39인 이트륨부터 48인 카드뮴까지, 원자번호 57인 란타넘부터 80인 수은까지의 원소들과 원자번호 89인 악티늄을 포함시킨다.전이원소의 특이점은 다음과 같다. 전형원소는 대부분 한 종류의 안정된 원자가(原子價)를 가지지만 전이원소는 일반적으로 몇 종류의 안정된 원자가를 가진다. 즉, 이온 상태에서 가지는 형태가 전형원소는 대부분 한 가지이지만 전이원소는 여러 가지인 경우가 많다. 또한 전이원소로 이루어진?대부분의 화합물은 d오비탈의 성격에 의해 착색되어 있다. 또한 화합물을 형성하지 않은 홑원소물질은 모두 금속이며, 녹는점·굳기가 높고 자성(磁性)을 나타내는 것이 많다.전형 원소주기율표

자연과학| 2019.10.16| 5페이지| 1,000원| 조회(202)

일반화학, 무기화학, 주기율표

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무기화학 이온화에너지

이온화 에너지1. 서론이온화 에너지에 대하여 알아보고 그 경향성을 생각해본다. 또한, 전자친화도와의 관계를 알아본다.2. 조사한 내용- 이온화 에너지(ionization energy)는 원자나 분자에서 전자를 떼어내는 데 드는 에너지를 말한다. 이온화 에너지가 클수록 그 입자는 전자를 잃기가 더 어려운 것으로 해석된다.가리움 효과와, 유효 핵전하의 변화로 인해 주기율표 상에선 이온화 에너지는 오른쪽 위로 갈수록(즉, 주기가 감소하고 족이 증가할수록) 증가하는 경향을 보여주지만, 이 경향성은 2족과 13족, 15족과 16족 사이에선 역전되는 경향을 보여주는데, 이는 그 지점에서, 해당 원자의 맨 마지막 전자가 들어간 오비탈이 바뀌기 때문이다.2족은 s오비탈에 2개의 원자가 전자를 갖지만 13족은 s오비탈에 2개, p오비탈에 1개의 전자를 갖는데, 쌓음 원리에 의해 안정된 s오비탈의 전자를 떼어내는 것이 p오비탈의 전자를 떼어내는 것보다 더 어렵기 때문이다.또 15족은 각각의 p오비탈 세부구조(px오비탈, py오비탈, pz오비탈)에 1개씩의 전자를 갖지만 16족은 앞에서 서술한 세 세부구조 중 하나에 두 개의 전자를 갖게 되는데, 훈트의 규칙에 의해 각각의 오비탈 세부구조는 가능한 한 적은 수의 전자를 가지려 하기 때문에 최외각 오비탈에 전자를 2개 포함한 오비탈을 갖고 있는 16족에서 전자를 떼어내는 것이 모든 최외각 오비탈에 전자가 1개씩만 들어 있는 15족에서 전자를 떼어내는 것보다 더 쉽기 때문이다.- n차 이온화 에너지는 하나의 원자나 분자에서 n-1개의 전자를 떼어낸 후 n번째 전자를 떼어내는 데 드는 에너지이다.이것의 변화 패턴을 조사하여 원자의 족을 파악하기도 하는데, n차 이온화 에너지는 주양자수가 줄어드는(즉, 전자껍질의 개수가 줄어드는) 지점에서 그 전까지의 증가율에 비해 아주 큰 폭으로 증가함을 이용한 것이다. 쉽게 설명하면, n차 이온화 에너지는 (n = (그 단계의 껍질에 들어 있는 총 전자 수) + 1)의 지점에서 급격히 커지는 것으로 보면 된다.예를 들어, 13족 원소인 알루미늄은 1차 이온화 에너지, 2차 이온화 에너지, 3차 이온화 에너지보다 4차 이온화 에너지가 월등히 크고, 17족 원소인 아이오딘은 8차 이온화 에너지가 그 전까지의 이온화 에너지보다 월등히 큰 식이다.(순차적 이온화 에너지를 보면 원자가전자 수를 알 수 있다.)- 전자 친화도(電子親和度, electron affinity)는 원자나 분자가 전자 하나를 얻어 에너지준위가 낮아지면서 방출하는 에너지를 말한다. [1] 전자 친화도가 클수록 그 입자는 전자를 얻기가 더 쉬운 것으로 해석된다.X + e? → X? + energy이온화 에너지와 정반대 반응의 경향성을 논하고 있지만, 전자 친화도 역시 (18족을 제외하고 생각했을 때) 주기율표의 오른쪽 위로 갈수록 증가하는 경향을 보여주는데, 이는 이온화 에너지가 해당 반응에 ‘들어가는’ 에너지로 정의된 반면 전자 친화도는 해당 반응에서 ‘나오는’ 에너지로 정의되었기 때문이다.이온화 에너지와 같은 원리로 전자 친화도에서도 족에 따라 (1족과 2족 사이, 14족과 15족 사이) 변화의 경향성에 예외가 생기는 구간이 존재한다.3. 의문1. 이온화 에너지의 주기적 경향성에서 예외가 나타나는 이유가 무엇인가?이온화 에너지는 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 이온화 에너지가 증가한다. 원자 번호가 클수록 유효 핵전하가 증가하여 원자 반지름이 작아지기 때문에 원자핵과 전자 사이의 정전기적 인력이 강해져서, 전자를 떼어내기 어려워지기 때문이다. 같은 족에서 또한 원자 번호가 클수록 이온화 에너지가 감소하는데, 원자 번호가 커질수록 전자껍질의 수가 증가하여 원자 반지름이 커지기 때문에 원자핵과 전자 사이의 정전기적 인력이 약해져 전자를 떼어내기 쉬워지기 때문이다. 이를 그래프로 나타내면 다음과 같다.그래프를 살펴보면 2족과 13족 사이, 15족과 16족 사이에서 예외적 현상이 나타나는 것을 볼 수 있다. 이와 같은 현상은 전자 배치에 의해 일어나는데, 2족과 13족 사이를 먼저 살펴보면 오비탈 때문에 일어나는 것임 을 알 수 있다. 이를 자세히 보기 위해 Be와 B, Mg 와 Al의 전자배치를 살펴보았다.

자연과학| 2019.10.16| 5페이지| 1,000원| 조회(255)

일반화학, 무기화학, 이온화 에너지

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