전자 배치 계산기

결과

전자 배치 계산기 사용 방법

1. 1. 원소를 고르세요. 기호(Fe), 이름(iron), 또는 원자 번호(26)를 입력하세요. 대소문자는 구분하지 않습니다.
2. 2. 이온이라면 전하를 더하세요. Fe3+, Cl- 또는 O2-처럼 기호 뒤에 쓰거나, 따로 있는 전하 칸을 사용하세요.
3. 3. 전자 배치를 읽으세요. 전체 및 비활성 기체 형식이 실제 위 첨자로 표시되며, 전자 수, 홀전자 수, 자성, 가장 바깥 껍질도 함께 나옵니다. 옵션을 선택하면 부껍질을 채움 순서로 쓰거나 오비탈 다이어그램의 바깥 부분만 보여 줄 수 있습니다.
4. 4. 오비탈 다이어그램을 읽으세요. 각 상자는 오비탈 하나이며, 화살표는 전자를 나타내고 훈트 규칙에 따라 채워집니다. 홀전자가 있는 원자는 상자성이고, 없는 원자는 반자성입니다.

채움 규칙

전자가 오비탈을 차지하는 방식은 세 가지 원리로 설명합니다. 쌓음 원리(아우프바우 원리)는 전자가 사용 가능한 가장 낮은 에너지의 부껍질부터 채운다고 말합니다. 파울리 배타 원리는 하나의 오비탈에는 최대 두 개의 전자가 들어가며, 두 전자의 스핀은 반대라고 말합니다. 훈트 규칙은 어떤 오비탈도 두 번째 전자를 받기 전에, 부껍질의 오비탈마다 전자가 하나씩 같은 스핀 방향으로 먼저 들어간다고 말합니다.

마델룽 규칙은 일반적인 순서를 줍니다. 부껍질은 n + l 값이 커지는 순서로 채워지고, n + l 값이 같으면 n이 작은 쪽이 먼저 채워집니다. 그 결과 아래의 익숙한 순서가 나옵니다. 부껍질 하나는 s에 2개, p에 6개, d에 10개, f에 14개의 전자를 담을 수 있습니다.

1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

s 2, p 6, d 10, f 14

실제 예시: 철과 그 이온

철은 전자가 26개입니다. 순서대로 채우면 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶이 되며, 껍질별로 쓰면 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²입니다. 아르곤 코어 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶을 [Ar]로 바꾸면 비활성 기체 형식 [Ar] 3d⁶ 4s²가 됩니다. 3d 부껍질에서는 다섯 개의 오비탈에 전자가 하나씩 들어간 뒤 여섯 번째 전자가 그중 하나와 짝을 이루므로, 홀전자는 4개입니다. 따라서 철은 상자성입니다. 가장 바깥 껍질은 n = 4이고 전자는 2개입니다.

양이온은 가장 바깥 껍질의 전자부터 잃습니다. 그래서 Fe²⁺는 [Ar] 3d⁶이고, Fe³⁺는 [Ar] 3d⁵입니다. 이는 반쯤 채워진 d 부껍질이며 홀전자가 5개입니다. 이는 채움 순서와 반대입니다. 채움 순서에서는 4s가 3d보다 먼저 채워지지만, 3d 전자가 있으면 4s 준위가 더 높은 에너지가 되기 때문입니다.

채움 순서의 예외

이 스무 개 원소에서는 측정된 바닥 상태가 마델룽 규칙의 예측과 다릅니다. 계산기는 모든 중성 원자의 배치를 NIST의 바닥 준위 표에서 가져오므로 이 예외들도 정확하게 나옵니다. 이 표에는 예측값과 측정값이 나란히 실려 있습니다.

크로뮴(Cr)과 구리(Cu)에서는 3d와 4s 준위가 너무 가까워서, 반쯤 채워지거나 가득 찬 3d 부껍질이 더 안정합니다. 팔라듐에는 5s 전자가 아예 없습니다. 란타넘족과 악티늄족의 경우는 4f와 5d(또는 5f와 6d)의 에너지가 거의 같기 때문입니다. 이는 오비탈 표만으로 예측할 수 있는 규칙이 아니므로, 값을 측정 데이터에서 가져옵니다.

자주 묻는 질문

원소의 전자 배치는 어떻게 쓰나요?

전자 수(중성 원자는 원자 번호와 같음)를 구한 뒤, 부껍질을 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d 등의 순서로 각 부껍질의 수용량까지 채우면 됩니다. 예를 들어 전자가 16개인 황은 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴입니다. 전이 금속에서는 규칙에 의존하기 전에 예외 표를 확인하세요.

전자 배치의 비활성 기체 줄임 표기는 무엇인가요?

안쪽 전자를 바로 앞 비활성 기체의 원소 기호를 대괄호로 묶어 대신합니다. 황은 [Ne] 3s² 3p⁴, 철은 [Ar] 3d⁶ 4s²가 됩니다. 대괄호 안은 완전한 비활성 기체 배치여야 하므로, 계산기는 들어맞는 가장 큰 것을 고릅니다.

전이 금속은 왜 3d보다 4s 전자를 먼저 잃나요?

3d 부껍질에 전자가 들어가면 4s보다 에너지가 낮아지므로, 4s 전자가 가장 바깥에 있어 가장 쉽게 제거됩니다. 그래서 Fe²⁺는 [Ar] 3d⁴ 4s²가 아니라 [Ar] 3d⁶입니다.

크로뮴과 구리는 왜 예외인가요?

3d와 4s 부껍질의 에너지가 너무 가까워서, 반쯤 채워진(Cr, 3d⁵ 4s¹) 또는 완전히 채워진(Cu, 3d¹⁰ 4s¹) d 부껍질이 예측된 배치보다 약간 더 안정하기 때문입니다. 같은 효과가 4d, 5d 계열과 란타넘족, 악티늄족의 예외도 만듭니다.

훈트 규칙이란 무엇인가요?

같은 부껍질의 오비탈에는 어떤 오비탈도 두 번째 전자를 받기 전에, 전자가 하나씩 같은 스핀 방향으로 들어갑니다. 이 때문에 질소의 2p 전자 3개는 서로 다른 오비탈 3개를 차지하며, 홀전자는 3개가 됩니다. 오비탈 다이어그램에서 짝을 이루기 전에 단일 화살표가 먼저 나오는 이유입니다.

홀전자는 자성과 어떤 관계인가요?

홀전자가 하나 이상 있는 원자나 이온은 상자성으로, 자기장 쪽으로 끌립니다. 모든 전자가 짝을 이룬 것은 반자성으로, 약하게 밀려납니다. 홀전자가 5개인 Fe³⁺는 강한 상자성이고, [Ar] 3d¹⁰인 Zn²⁺는 반자성입니다.

음이온의 전자 배치는 어떻게 되나요?

추가된 전자를 채움 순서상 다음 부껍질에 넣으면 됩니다. 염화 이온 Cl⁻는 전자가 18개이며 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶으로, 아르곤과 같으므로 [Ar]로 씁니다. 산화 이온 O²⁻는 [Ne]입니다.