원자 번호가 커짐에 따라 같은 주기에서 원자 반지름이 작아지는 이유와 같은 족에서 커지는 이유를 유효 핵전하 개념을 포함하여 설명해 주세요~

Question

원자 번호가 커짐에 따라 같은 주기에서 원자 반지름이 작아지는 이유와 같은 족에서 커지는 이유를 유효 핵전하 개념을 포함하여 설명해 주세요~

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

같은 주기에서는 원자 번호가 커질수록 핵 속의 양성자 수가 증가합니다. 전자는 같은 껍질에 채워지기 때문에 전자 껍질 수는 변하지 않습니다. 하지만 양성자가 늘어나면서 핵의 인력이 강해지고, 내부 전자의 차폐 효과는 크게 변하지 않으므로 바깥쪽 전자가 느끼는 유효 핵전하가 점점 커집니다. 그 결과 전자가 핵 쪽으로 더 강하게 끌려가면서 원자 반지름은 점차 작아집니다.

반대로 같은 족에서는 위에서 아래로 내려갈수록 전자 껍질 수가 하나씩 늘어납니다. 즉, 바깥쪽 전자가 위치하는 껍질이 점점 멀어지므로 핵과 전자 사이의 거리가 커집니다. 물론 양성자 수도 증가하지만, 내부 전자가 많아지면서 차폐 효과가 크게 커지기 때문에 바깥쪽 전자가 느끼는 유효 핵전하의 증가 폭은 상대적으로 작습니다. 따라서 핵의 인력이 껍질 증가 효과를 상쇄하지 못하고, 결과적으로 원자 반지름은 아래로 갈수록 커지게 됩니다.

즉, 같은 주기에서는 유효 핵전하 증가가 지배적이어서 반지름이 작아지고, 같은 족에서는 전자 껍질 수 증가가 지배적이어서 반지름이 커진다는 점이 핵심입니다.

Answer 2

안녕하세요.

주기율표 내에서 같은 주기에서는 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 원자번호가 증가하는데요, 즉 핵 속 양성자 수가 늘어나므로 핵전하가 증가합니다. 이때 양성자 수가 증가하면 전자도 함께 늘어나지만 추가되는 전자들은 같은 에너지 준위에 들어가기 때문에 핵전하가 증가하는 것만큼 전자로 인한 차폐효과는 크게 증가하지 않습니다. 유효핵전하는 실제 핵전하에서 내부 전자들의 차폐 효과를 뺀 값이기 때문에, 같은 주기 내에서는 원자번호가 증가할 수록 유효핵전하가 커지면서 전자를 더 강하게 끌어당기기 때문에 원자 반지름이 점점 작아집니다.

반면에 같은 족에서는 위에서 아래로 내려갈수록 전자껍질이 하나씩 추가되면서 전자가 더 바깥쪽 껍질에 위치하게 됩니다. 이 경우에는 핵전하가 증가하지만 차폐 효과 역시 크게 증가하는데요, 즉 내부 전자껍질이 늘어나면서 차폐효과가 매우 강해지기 때문에 유효 핵전하는 크게 증가하지 않거나 오히려 상대적으로 약하게 느껴집니다. 따라서 전자가 핵으로부터 멀어지게 되고 원자 반지름이 더 커지는 것이라고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.