전이금속의 오비탈전자배치에서 예외가 있는 이유는 무엇인가요?
전이금속이 바닥상태이려면 오비탈 순서대로 전자가 채워져야하는데 왜 어떤 전이금속들은 순서에 위배되게 전자가 채워지나요? 어떤 전이금속은 순서를 벗어나지만 또 어떤 전이금속은 순서에 맞게 전자가 들어가요. 왜 그런거죠??
안녕하세요. 김철승 과학전문가입니다.
전이 금속의 바닥 상태에서 오비탈 전자 배치는 일반적으로 원리에 따라 이루어집니다. 이는 낮은 에너지 준위의 오비탈부터 전자가 채워져야 한다는 원칙입니다. 하지만 일부 전이 금속은 이 원칙에 예외를 보이며, 특정 오비탈에 예상보다 더 많은 전자가 채워지거나 덜 채워지는 현상이 나타납니다.
1. 예외적인 오비탈 전자 배치
크롬(Cr)과 구리(Cu): 3d 오비탈이 4s 오비탈보다 낮은 에너지를 가지고 있어 3d 오비탈에 5개의 전자가 채워집니다. (4s^1 3d^5)
몰리브덴(Mo): 4d 오비탈이 5s 오비탈보다 낮은 에너지를 가지고 있어 4d 오비탈에 5개의 전자가 채워집니다. (5s^1 4d^5)
팔라듐(Pd): 4d 오비탈이 5s 오비탈보다 낮은 에너지를 가지고 있어 4d 오비탈에 10개의 전자가 채워집니다. (5s^0 4d^10)
전자-전자 반발: 낮은 에너지 준위의 오비탈에 전자가 채워지면, 같은 오비탈 내 전자 간의 반발 에너지가 증가합니다.
Hund의 규칙: 최대의 스핀 다중도를 가진 상태가 가장 안정적인 상태입니다.
리간드 효과: 주변 리간드의 영향으로 오비탈 에너지 준위가 변화할 수 있습니다.
오비탈 전자 배치는 전이 금속의 화학적 특성에 영향을 미칩니다.
예외적인 전자 배치는 다양한 산화 상태를 가능하게 합니다.
특정 오비탈에 전자가 채워진 전이 금속은 촉매 작용에 중요한 역할을 합니다.
전이 금속의 오비탈 전자 배치는 Aufbau 원리에 따라 이루어지지만, 일부 예외적인 경우가 존재합니다. 이러한 예외는 전자-전자 반발, Hund의 규칙, 리간드 효과 등의 요인에 의해 발생하며, 전이 금속의 화학적 특성, 산화 상태, 촉매 작용 등에 영향을 미칩니다.
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