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Question

하나의 원자 안에서도 전자 껍질과 전자껍질 사이의 간격이 각각 다른가요?

예를들어 1번 껍질과 2번 껍질의 간격과 2번 껍질과 3번 껍질의 간격이요

Answer 1

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다

하나의 원자 안에서도 전자껍질 사이의 물리적 간격과 에너지 간격은 껍질 번호가 커질수록 일정하게 유지되지 않고 달라집니다 보어의 원자 모형에 따르면 껍질의 반지름은 주양자수 n의 제곱에 비례하여 커지므로 껍질 사이의 물리적 거리 간격은 바깥쪽 껍질로 갈수록 점차 넓어집니다. 반면 전자가 가지는 에너지 준위 사이의 간격은 1/n^2에 비례하여 줄어들기 때문에 껍질 번호가 증가할수록 에너지 차이는 점점 좁아집니다. 따라서 첫 번째와 두 번째 껍질 사이의 거리나 에너지 차이는 두 번째와 세 번째 껍질 사이의 차이와 확연히 다릅니다

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

겁질 번호가 커질수록 간격은 일정하지 않습니다.

거리로 보면 바깥 껍질로 갈수록 껍질 사이가 점점 넓어지고 에너지로 보면 바깥으로 갈수록 준위사이 간격이 점점 좁아집니다.

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

네, 간격이 다르고 바깥으로 갈수록 좁아져요. 다만 간격을 거리로 볼지 에너지로 볼지에 따라 이야기가 조금 갈려요.

거리로 보면 반대예요. 수소 원자 기준으로 전자 껍질의 반지름은 껍질 번호의 제곱에 비례해요. 1번이 1이면 2번은 4, 3번은 9, 4번은 16이 되는 식이에요. 그러니까 1번과 2번 사이는 3만큼 떨어져 있고 2번과 3번 사이는 5, 3번과 4번 사이는 7로 점점 벌어져요. 바깥으로 갈수록 껍질 사이가 멀어지는 거예요.

에너지로 보면 반대로 좁아져요. 껍질의 에너지는 껍질 번호의 제곱에 반비례해서, 1번에서 2번으로 올라갈 때 필요한 에너지가 가장 크고 그 위로 갈수록 간격이 급격히 줄어요. 수소 기준으로 1번에서 2번은 약 10.2eV가 필요한데, 2번에서 3번은 1.9eV, 3번에서 4번은 0.66eV 정도예요. 번호가 커질수록 간격이 좁아져 결국 하나로 수렴하고, 그 수렴점을 넘으면 전자가 원자를 벗어나요.

수소 스펙트럼에서 이 구조가 눈에 보여요. 선들이 짧은 파장 쪽으로 갈수록 촘촘해지다가 한 지점에 몰리는데, 그게 에너지 간격이 좁아지는 모습이에요.

그리고 전자가 여러 개인 원자에서는 계산이 더 복잡해져요. 전자끼리 서로 밀어내는 힘 때문에 같은 껍질 안에서도 s와 p 궤도의 에너지가 갈라지고, 4s가 3d보다 낮아지는 역전 현상도 생겨요. 그래서 실제 원자의 에너지 간격은 수소처럼 단순한 규칙으로 떨어지지 않아요 :)

Answer 4

안녕하세요.

제목이 오타가 있는 것 같네요. 질문내용에 대해서 답변드리면, 전자껍질 사이의 간격은 동일하지 않아요.

일반적으로 원자 중심에서 멀어질수록 전자껍질 사이의 거리도 단순하게 일정한 간격으로 늘어나는 구조는 아니죠. 특히 전자껍질은 실제로 딱딱한 원형 궤도가 아니라 전자가 존재할 가능성이 높은 영역이라고 보는 게 정확해요.

1번 껍질과 2번 껍질 사이, 2번과 3번 껍질 사이의 에너지 차이도 서로 다를 수 있어요.

전자 껍질이 높아질수록 에너지 준위가 서로 가까워지는 경향이 있어서 바깥쪽으로 갈수록 껍질 사이의 에너지 차이는 작아지는 편이고요.

감사합니다.