니켈에서 오비탈 개념 설명 해주세요오.

Question

니켈은 세 번째 껍질(M껍질)에 d오비탈(3d)이 있는데, 왜 그걸 다 채우기 전에 네 번째 껍질(N껍질)의 s오비탈(4s)부터 먼저 채우나요?

Answer 1

안녕하세요.

네, 질문해주신 것과 같이 니켈(Ni, 원자번호 28)의 전자 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁸ 인데요, 오비탈은 단순히 껍질 번호 순서대로 에너지가 높아지는 것이 아니라, 전자의 위치와 핵으로부터의 평균 거리, 차폐 효과, 전자 간 반발 등에 의해 에너지 준위가 달라집니다.

이때 3d 오비탈은 주양자수 n=3이지만, d오비탈의 전자들은 핵으로부터 평균 거리가 더 크고,

다른 전자들의 차폐 효과를 많이 받습니다. 반면 4s 오비탈은 n=4지만, 핵에 더 가까이 침투하여 실제로 핵의 인력을 더 강하게 받습니다. 따라서, 원자가 형성되기 전에서는 4s 오비탈의 에너지가 3d보다 약간 더 낮아서 4s가 먼저 채워집니다.

하지만 전자가 다 채워지고 나면 에너지 관계가 바뀌는데요 니켈처럼 d오비탈에 전자가 들어가기 시작하면, d오비탈 전자들 간의 반발과 차폐가 달라져서 3d 오비탈의 에너지가 점차 낮아집니다. 그래서 이온화될 때는 4s 전자가 먼저 빠져나옵니다. 즉, 전자 채워질 때는 4s가 3d보다 에너지가 낮아서 먼저 채워지고 전자 빠질 때는 4s가 3d보다 에너지가 높아서 먼저 빠지는 것입니다. 감사합니다.