원소, 원자, 분자
● 원자
화학 원소로서의 특성을 잃지 않는 범위에서 도달할 수 있는 물질의 기본적인 최소입자
물질을 쪼개고 또 쪼개는 과정을 반복하면 더 이상 쪼갤 수 없는 입자를 얻게 되며 이를 원자라 부른다. 그러나 전자, 양성자,중성자등의 존재가 밝혀지면서 원자가 단일하고 불가분한 입자가 아니고 복잡한 구조를 가진다는 것을 알게 되었고, 이제는 소립자라고 하는 한 무리의 입자가 물질의 궁극입자로 연구
그러나 화학원소로서의 특성을 유지하는 입자로는 여전히 원자가 가장 작은 단위
● 분자
물질의 성질을 가지고 있는 최소의 단위로 여러 개의 원자가 화학결합(공유결합)으로 연결된 1개의 독립된 입자로 행동.
고체, 액체, 기체 상태로 존재할 수 있으며 분자간의 거리가 변화하면서 상태가 변한다.
분자는 쪼개져 다시 원자로 될 수 있으며 원자 조성의 변화에 따라 수많은 물질을 만들어 낼 수 있으므로 분자의 종류는 계속 증가하고 있다.
● 원소
원자번호에 의해서 구별되는 한 종류만의 원자(原子)로 만들어진 물질 및 그 홑원소물질의 구성요소.
그 종류는 원자번호의 존재 가능한 수치의 수만큼입
현재까지 지구상에 100종 정도가 인정되어 있으며, 특히 화학원소라고 하여 다른 용어와 구별
물질을 구성하고 있는 최소단위의 입자로서의 원자를 생각하게 되고, 원자가 갖는 속성에 주목할 때에 원소라는 개념이 생겨나게 된 뒤부터는 원자번호가 원소의 성질을 규정하는 가장 기본적인 것이 되었다.
수학에서 쓰이는 원소는 집합을 이루는 개체들. 즉 원소가 모여서 집합이 된다.
행렬 등을 이루는 개체들도 원소라고 한다.
전자는 쿨롱힘에 의해 양전하를 띄는 물질에 구속될 수 있다. 한 개 이상의 전자가 원자핵에 구속된 구조를 원자라 한다. 만일 전자의 갯수가 원자핵의 양성자 갯수보다 많거나 적어지면 원자 자체가 전하를 띄게 되는데, 이를 이온이라 한다. 구속된 전자의 파동성으로 인해 전자는 원자 오비탈이라 불리는 특수한 분포를 가진다. 각각의 오비탈은 에너지, 각운동량 등이 양자화되어 있으며 그 값은 파울리 배타 원리로 인해 서로 다를 수 밖에 없다. 이에 따라 각각의 오비탈은 고유의 양자수를 통해 서로 구분된다. 또한 하나의 오비탈에는 두 개의 전자가 들어가는데 이 둘은 각자 스핀 양자수로 구분된다.
전자는 광자를 방출하거나 흡수하면서 오비탈 사이를 이동할 수 있으며, 이외에도 다른 입자와의 충돌로 인해 오제 효과가 나타날 수 있다. 원자를 탈출하기 위해 전자는 이온화 에너지만큼의 에너지를 필요로 한다. 이처럼 전자가 원자의 구속으로부터 탈출하는 대표적인 현상이 바로 광전 효과이다
오비탈에 있는 전자들의 각운동량은 양자화되어있으며, 전자에 전하가 있기 때문에 이런 각운동량의 양자화는 자기 모멘트의 양자화로 귀결된다. 원자는 모든 전자와 원자핵의 궤도 자기 모멘트와 스핀 자기 모멘트를 합친 만큼의 총 자기 모멘트를 가지는데, 원자핵의 자기 모멘트는 전자의 자기모멘트에 비해 무시할 수 있을 만큼 작은 값을 가진다. 만일 한 오비탈에 두 개의 전자가 들어있는 경우에는 두 전자가 서로 반대 방향의 스핀을 가지기 때문에 그 자기모멘트들이 서로 상쇄된다.
원자간 화학 결합 역시 전자기적 상호작용의 결과물로 양자역학으로 설명할 수 있다. 원자들은 전자를 공유함으로써 강하게 맞물린 형태의 분자라는 구조를 만들어낸다. 분자 내부에서 전자는 여러개의 원자핵과 상호작용하여 분자 오비탈을 만들어낸다. 원자 오비탈과 마찬가지로 분자 오비탈에서도 전자쌍이 중요한 역할을 한다. 전자쌍은 서로 다른 스핀을 가진 전자가 하나의 오비탈을 차지하는 것을 의미하는데, 이 때 스핀이 서로 다르기 때문에 파울리 배타 원리를 동시에 만족시킬 수 있다. 두 원자 사이의 결합에 직접적으로 관여하는 오비탈은 그 확률분포가 두 원자핵 사이의 좁은 구간에 밀집된 양상을 보이며, 결합에 참여하지 않는 오비탈의 경우는 분자 전체에서 고루 퍼져있는 확률분포를 보인다
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