일반화학 개념 총 정리 1

1. 화학의 기초
1) 동위원소 : 양성자수는 같지만 중성자수는 다른 원자 = 원자 번호는 같지만 질량수는 다른 원자 = 화학적 성질은 같지만 물리적 성질은 다른 원자
(1) 물리적 성질 : 질량, 밀도, 끓는점 등 물질의 본질에 변화가 없으며 화학식에 변화가 없는 경우
(2) 화학적 성질 : 물질의 본질에 변화가 생기거나 화학식의 변화가 생기는 경우
(3) 분리 방법 : Mass Spectrophotometer를 이용한다, 동일한 전기장에 의해 날아가는 속도나 휘어지는 각의 크기가 다르므로 이를 이용한다.
2) 원소 : 한 종류의 원자로 이루어진 물질, 물질을 구성하는 가장 기본적인 성분
- 동소체 : 한가지 원소로 구성된 홑원소 물질이지만, 원자의 배열 상태(분자 구조) 또는 분자의 배열 상태(분자의 결정구조)가 달라 성질이 다른 물질을 의미
3) 분자 간의 힘 : 넓은 의미의 반데르 발스의 힘이라고도 한다.
(1) 이온-쌍극자 간 힘
(2) 수소결합
(3) 쌍극자-쌍극자 간 힘
(4) 쌍극자-유발쌍극자 간 힘
(5) 유발쌍극자-유발쌍극자 간 힘
4) 화학반응이 일어나기 위해서는 충돌 방향과 활성화 에너지 모두를 만족해야 한다.
5) 산화수 : 원소나 원자의 산화된 상태를 나타낸 지표, 화합물을 구성하는 각 원자에 반응을 통해 전자가 완전히 이동한다는 가정하에 전자를 배분했을 때 그 원자가 가진 전하의 수, 모든 결합을 이온결합으로 간주한 경우 원자의 전하량
Cf) 형식전하 : 모든 결합을 비극성 공유결합으로 간주한 경우 원자의 전하량

2. 원자의 주기적 성질
1) 주기율표
- 주기 : 전자 껍질수가 같은 원소들을 원자 번호 순서에 따라 가로줄에 오도록 배열한 것
- 족 : 원자가 전자수가 같은 원소들을 원자 번호 순서에 따라 같은 세로줄에 오도로 배열한 것
- 전이원소 : d오비탈 또는 f오비탈에 전자가 부분적으로 채워진 원소로 3~12족 원소에 해당한다. (단, 12족 원소는 d오비탈에 전자가 완전히 채워져 있다.)
- 주족원소(전형원소) : d오비탈 또는 f오비탈에 전자가 없거나 완전히 채워진 원소를 의미한다.
2) 보어모형
(1) 가설 1 : 각운동량의 양자화 조건, 전자의 위치가 양자화 되어있다. 수소 원자 속의 전자는 각 운동량이 ~의 정수배인 궤도만을 안정한 상태로 돌 수 있다.
(2) 가설2 : 진동수 가설-안정된 상태의 전자 궤도 사이를 넘나들 때, 그 차이에 해당하는 에너지 값을 갖는 광자를 방출하거나 흡수한다.
Cf) Heisenberg의 불확정성 원리 : 위치와 운동량은 동시에 정확하게 측정할 수 없다. 위치, 운동을 정확히 알아내는 것을 불가능하다. 때문에 원자핵 주위의 전자는 확률적으로 묘사하는 것만이 의미가 있다.
3) 오비탈과 양자수
(1) 오비탈 : 전자가 핵 주위의 어느 공간에서 발견될 수 있는 확률 밀도를 나타내는 파동함수. 전자가 핵 주위에서 존재할 수 있는 어떠한 공간이라고 할 수 있으며 오비탈을 쉽게 표현하기 위해서 양자수를 도입하였다.
(2) 양자수
- 주양자수(n) : 전자의 에너지 준위 및 전자껍질 수를 나타낸다. 원자핵으로부터 평균 거리 또는 오비탈의 크기에 해당한다. 서로 다른 주양자수를 전자가 이동할 때에는 에너지의 흡수 또는 방출이 수반된다.
- 각운동량 양자수(l, 부양자수) : 오비탈의 모양이나 종류 및 전자의 각운동량을 나타낸다. 주양자수가 n일때 0부터 n-1까지의 부양자수를 가질 수 있다. 각마디의 개수도 의미한다.
- 자기 양자수(ml) : 오비탈의 공간적 배향을 나타내는 양자수이다. 부양자수가 l일때, -l부터 l까지의 값을 가질 수 있으며 공간적 배향에 따라 총 2l+1개 존재할 수 있다.
- 스핀양자수(ms) : 전자의 자전방향을 나타내는 양자수로 -1/2, +1/2 두 가지 존재한다. 부호가 반대인 것은 전자의 회전 방향이 반대임을 의미한다.
(3) 마디 : 전자가 발견되지 않는 면 / 오비탈은 방사상 함수와 각 함수의 곱
전체 마디의 개수 : n-1개
각마디 : l개, 핵에서 동일하지 않은 거리에 있다.
방사상 마디(구형 마디) : (n-1)-l개, 방사상 확률 분포에서 y값이 0이다. 핵에서 동일한 거리에 있다.
(4) 확률분포
s오비탈은 핵의 위치에서 전자르 발견할 확률이 0이 아니다.
4) 전자 배치 원리
- Aufbau principle (축조 원리) : 전자가 채워질 때는 에너지가 낮은 오비탈부터 채워진다. 전자가 채워지는 오비탈의 순서는 다음과 같다. ( 오비탈의 에너지 크기는 주양자수와 부양자수 모두 관련있다.)
1s->2s->2p->3s->3p->4s->3d->4p->5s->4d->5p->6s->4f->5d->6p->...
- Hund’s Rule : 주양자수와 부양자수는 동일하지만 자기양자수가 달라서 서로 다른 오비탈에 전자가 채워지는 경우에는 평행한 스핀이 최대가 되는 전자배치를 갖는다.
- Pauli’s Exclusion Principle(파울리의 배타 원리) : 한 원자 내에서 4개의 양자수가 모두 같은 전자는 존재할 수 없다. 즉, 한 오비탈에는 오직 2개의 전자만 존재할 수 있고 이들은 서로 반대의 스핀을 가져야 한다.
*파울리의 배타 원리에 위배되면 존재할 수 없는 전자배치이며 축조원리, 훈트의 규칙을 위배하는 경우에는 들뜬 상태의 전자배치이다.
5) 상자기성과 반자기성
- 상자기성 : 홀전자에 의해 나타나며 자기장에 끌리는 성질을 의미한다.
- 반자기성 : 짝지은 전자에 의해 나타나며 자기장에 밀려나는 성질을 의미한다.
6) 주기성
(1) 유효 핵전하(Zeff) : 여러 개의 전자를 가진 원자에서 한 전자가 실제로 느끼는 원자핵의 전하로 전자간 반발을 보정하고 얻은 핵전하를 의미한다.
Zeff=Z(핵전하) - 가리움상수
가리움 상수 : 같은껍질-0.35, 안쪽껍질-0.85
- 같은 주기에서는 오른쪽에 위치할수록 크다.
- 같은 족에서는 아래쪽에 위치할수록 크다.
- 주기가 바뀌는 경우 감소한다.
(2) 원자 반지름 : 각 원소의 원자의 크기를 나타내는 척도이다. 금속 원자의 경우 금속 결합에서 두 원자핵 사이 거리의 1/2를 원자반지름이라 정의한다. 비금속 원자들의 경우 단일 결합의 길이를 원자 반지름의 합이라고 정의한다.
(3) 이온화 에너지 : 기체 상태의 원자, 분자 혹은 이온으로부터 전자 1개를 제거하는데 필요한 에너지이다. 중성원자에서 이온화 에너지는 항상 흡열과정이다.
(4) 전자 친화도 : 기체 상태의 원자나 분자가 전자 한개를 얻어 음이온이 될 때 방출되는 에너지를 의미한다. 대부분 발열과정이며 기체 상태에서 전자를 얻고 안정화되면서 방출하는 에너지에 주목한다.

 

3. 결합이론
1) 결합에너지 = 결합해리에너지 : 기체상태의 공유결합하는 물질 1몰의 결합을 해리하여 기체 상태 원자로 만드는데 필요한 에너지를 의미한다.
- 결합길이가 짧을수록 결합에너지가 증가한다.
- 같은주기에서 결합차수가 증가할수록 결합에너지가 증가한다.
- 결합하는 두 원자 간의 전기음성도 차이가 클수록 결합에너지가 증가한다.
- 결합하는 원자의 비공유 전자쌍이 없거나 적을수록 결합에너지가 증가한다.
2) 옥텟규칙 : 원자는 최외각 껍질이 완전히 채워지거나 전자 8개를 가질 때 가장 안정하다는 규칙.
3) VSEPR(원자가 전자쌍 반발 원리) : 어떤 한 분자에서 중심원자의 원자가 전자쌍은 반발력을 최소화하는 기하학적인 배향에 의해서 분자 구조가 결정된다는 이론
SN(입체수)=전자구름수=비공유전자쌍수+결합원자수
4) 결합의 종류
시그마 결합 : 두 원자핵을 연결하는 축 위에서 오비탈의 겹침에 의해 생긴 결합
파이결합 : 두 원자핵을 연결하는 축으로부터 벗어난 공간에서의 오비탈 겸침에 의해 생긴 결합
5) 쌍극자 모멘트 : 어떤 계 안에서 양전하와 음전하가 분리된 정도를 나타내는 벡터값으로, 계의 극성을 나타내는 척도이다. 전하의 크기와 두 전하 사이의 곱으로 나타낸다.(Q*r)

 

[공부/팁] - 일반화학 개념 총정리 2

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[공부/팁] - 일반화학 개념 총정리 3

일반화학 개념 총정리 3