학문
냉철한라마35
원자의 반지름이 주기율표에서 아래로 갈수록 커지는 요인이 궁금해요
주기율표에서 같은 족을 따라 아래로 내려갈수록 원자의 반지름이 점점 커지는 이유가 전자껍질 수가 증가하기 때문인지 궁금합니다. 안쪽 전자들이 핵전하를 가리는 가림 효과가 원자가 전자에 미치는 구체적인 영향력을 알고 싶어요.
6개의 답변이 있어요!
안녕하세요. 박재화 전문가입니다.
맞아요. 같은 족에서 아래로 내려갈수록 원자 반지름이 커지는 가장 큰 이유는 전자껍질 수가 하나씩 늘어나기 때문입니다.
껍질이 늘어나면 가장 바깥쪽 전자가 원자핵에서 더 멀리 떨어진 위치에 존재하게 되고, 또 안쪽 전자들이 원자핵의 양전하를 일부 가려서 바깥 전자가 실제로 느끼는 핵의 인력이 약해질 수 있습니다. 이 현상을 가림 효과라고 하고, 아래 원소로 갈수록 안쪽 전자 수가 많아지기 때문에 그 효과가 더 커질 수있습니다.
핵의 양성자 수도 증가하지만 전자껍질 증가와 가림 효과의 영향이 더 커서 원자가 전자는 핵에 덜 강하게 묶이는 것입니다. 결국 같은 족에서는 전자껍질 증가와 가림 효과 때문에 원자 반지름이 커지는 셈입니다.
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채택된 답변안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.
같은 족에서 아래쪽으로 내려갈수록 원자 반지름이 커지는 이유는 전자껍질 수가 하나씩 늘어나기 때문입니다.
여기에 가림 효과가 더해져 핵전하가 커져도 바깥 전자가 느끼는 인력은 크게 늘지 않아 원자가 커진답니다.
안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
네, 전자껍질 수가 늘어나는 게 가장 큰 요인이에요. 주양자수 n이 커질수록 오비탈이 핵에서 평균적으로 더 먼 곳까지 퍼져서 원자가 전자가 바깥에 자리해요. 아래로 갈수록 양성자도 늘어 핵이 더 세게 당길 것 같지만, 이 힘을 상쇄하는 게 가림 효과예요.
슬레이터 규칙으로 계산하면 이 영향이 숫자로 나와요. 원자가 전자 입장에서 바로 안쪽 껍질 전자는 핵전하를 0.85씩, 그보다 더 안쪽 전자는 1씩 가려요. 나트륨은 핵전하 11에서 안쪽 전자 10개가 8.8을 가려 원자가 전자가 느끼는 유효 핵전하가 2.2 정도예요. 칼륨은 핵전하가 19로 크게 늘지만 안쪽 전자 18개가 16.8을 가려 똑같이 2.2가 나와요. 양성자가 8개나 늘어도 인력은 그대로인데 껍질만 하나 더 바깥으로 밀려나요. 그래서 금속 반지름이 리튬 152pm, 나트륨 186pm, 칼륨 227pm로 커져요.
가림이 약한 전자가 끼면 이 흐름이 꺾여요. d와 f 오비탈 전자는 핵전하를 잘 가리지 못해서 갈륨은 알루미늄보다 오히려 작고, 란타넘족 수축 탓에 하프늄은 한 주기 위 지르코늄과 크기가 거의 같아요 :)
안녕하세요. 설재훈 전문가입니다. 주기율표에서 같은 족의 원자 반지름이 아래로 갈수록 커지는 가장 큰 이유는 전자껍질 수가 증가하기 때문입니다. 예를 들어 리튬은 전자껍질이 2개지만, 나트륨은 3개, 칼륨은 4개입니다. 새로운 전자껍질이 추가되면서 가장 바깥쪽 전자가 원자핵에서 더 먼 곳에 분포하므로 원자의 크기도 커집니다.
여기에 안쪽 전자들의 가림 효과가 작용합니다. 원자핵의 양전하는 전자를 끌어당기지만, 안쪽 전자들은 바깥쪽 전자와 원자핵 사이의 전기적 인력을 일부 약화시킵니다. 따라서 바깥쪽 전자는 원자핵의 전체 양전하를 그대로 느끼지 않고, 일부 약해진 유효 핵전하를 느낍니다. 원자핵의 양전하가 커지더라도 안쪽 전자들의 수도 함께 늘어나기 때문에 바깥쪽 전자를 끌어당기는 힘은 원자핵의 실제 전하만큼 크게 증가하지 않습니다.
결국 원자 반지름은 전자껍질 증가와 가림 효과가 함께 작용한 결과입니다. 아래로 내려갈수록 바깥쪽 전자가 원자핵에서 멀어지고, 안쪽 전자들이 핵의 인력을 일부 가려 전자가 받는 인력이 상대적으로 약해집니다. 이 효과가 핵전하 증가보다 크게 작용해 원자 반지름이 커지는 것입니다.
안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.
아래로 내려갈수록 원자의 반지름이 커지는 것은 전자 껍질이 늘어났기 때문입니다. 주기율표에서 밑으로 갈수록 전자가 들어가는 층이 하나씩 쌓입니다. 그래서 핵에서 멀리 떨어지는 곳에 새로운 껍질이 생기면은 전체적인 크기가 쑥 커지는 거죠.
그리고 안쪽에 있는 전자들이 핵의 인기를 막아 주는 가림 효과도 합니다. 꽉 찬 안쪽 전자들이 양자 아래 띄는 핵의 힘을 바깥쪽 전자로부터 가려주죠. 그래서 바깥쪽 전자가 느끼는 실질적인 인력이 약해집니다. 결국에는 껍질이 늘어나는 것과 맞물려서 전자가 더 넓게 퍼지면서 원자 반지름이 커지게 되는 겁니다.
안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.
주기율표에서 같은 족을 따라 아래로 내려갈수록 원자 반지름이 커지는 핵심 요인은 새로운 전자껍질이 추가되면서 주양자수가 증가하기 때문입니다. 아래로 이동할수록 안쪽 전자들의 수가 많아지며 이들이 원자핵의 양전하를 가려 바깥쪽 원자가 전자가 받는 인력을 약화시키는 가림 효과가 더욱 뚜렷해집니다. 원자핵의 양성자 수가 늘어나 핵전하 자체는 커지지만 추가된 안쪽 전자들의 강력한 가림 현상으로 인해 원자가 전자가 실제로 느끼는 유효 핵전하는 크게 증가하지 못합니다. 그 결과 전자들이 원자핵으로부터 더 멀리 떨어진 공간에 분포하게 되며 거리의 증가가 인력보다 지배적으로 작용하여 원자 전체의 크기가 확장됩니다 따라서 늘어난 전자껍질과 가림 효과의 복합적인 영향으로 주기율표 아래로 갈수록 원자 반지름은 점진적으로 커지게 됩니다