메뉴로 건너 뛰기 내용으로 건너 뛰기
커뮤니티 COMMUNITY
제목 [Simon Lim] chemistry
Ionization energy/ periodicity of first ionization energy 13
작성자 rea*** 등록일 2021-03-22 오후 11:26:48
Ionization의 exception으로 beryllium to boron의 예를 들어주셨는데 "2s orbital provie shielding" 인데 왜 Ionization energy가 decrease하죠? sheilding이 많으면 많을수록 Ionization energy는 증가해야하는거 아닌가요?
2021-03-23 오후 8:08:09
안녕하세요.

 

shileding 이라는 것은 어떤 전자가 다른 전자에 의해 nucleus로 받는 인력이 가려지는 현상을 의미합니다. 어떤 전자에 대한 ionization energy는 이 전자(앞으로 전자 1이라고 부르겠습니다)를 nucleus와의 attraction으로부터 떼어내기 위해 필요한 에너지인데 전자 1 이외에 다른 전자들이 많을수록 전자 1이 nucleus의 attraction을 방해하는 정도가 증가하게 되고 전자 1을 떼어낼 때 적은 에너지로도 가능하므로 ionization 에너지가 증가합니다. 즉 떼어내려고 하는 전자를 nucleus로부터 가리는 shileding이 증가하면 그 전자를 떼어내기가 쉬워지니 ionization energy는 감소하게 됩니다. 하지만 제가 지금 설명한 것은 shielding이 증가하면 ionization energy가 증가한다는 내용이 오류가 있다는 것을 말씀드린 것 뿐이구요 

 

주의할 점은 어떤 떼어내고자 하는 전자 외에 전자가 많다고 하여 무조건 ionization energy가 감소하는 것은 아닙니다. same period에서는 atomic number가 증가할수록 nuclear charge도 증가하고 전자도 증가하니 shielding도 증가하지만, 즉 nuclear charge가 증가한 효과는 ionization energy를 증가시키는 효과이고 전자가 증가한 효과는 shielding이 증가한 효과로 ionization energy가 감소하는 효과입니다. 이 때 같은 period에서 nuclear charge가 증가한 효과가 크므로 결국 effective nuclear force가 증가하여 general trend는 ionization energy 증가입니다.  즉 shielding 이 많을수록 ionization energy가 증가한 것이 아니고 shielding이 증가하였지만 nuclear charge가 증가한 효과가 더 크기 때문에 ionization energy가 증가한 것으로 생각하셔야 합니다.

 

질문 주신 내용은 Be과 B를 비교한 것으로 same period의 경우 atomic number가 증가하면 effective nucleaer force의 증가효과에 의해 ionization energy는 증가하는 것이 일반적이지만 이들 관계는 좀 다르다는 것입니다.  물론 valence electron에 대한 effective nuclear force는 Be보다 B이 큽니다. Be은 2s 오비탈까지만 전자가 들어가고 Be는 2p 오비탈에 전자가 들어가기 시작합니다. 2s 오비탈의 전가가 2p오비탈의 전자보다 핵에 잘 접근하는 오비탈이기 때문에 2p오비탈에 처음으로 전자가 들어가는 B은 2s 오비탈에 의해 핵으로부터 가리워지는 현상이 상당히 크게 나타나게 되고 ionization energy가 감소하게 된다고 설명합니다.  또는 좀 어려운 말이지만 2s 오비탈의 전자보다 2p 오비탈의 전자는 핵에서부터 더 멀리 떨어져 존재할 확률이 높기 때문에 그러하다고 설명할 수 있습니다. 그런데 B 이후 즉 C는 B보다 2p오비탈에 전자가 더 많음에도 ionization energy는 B보다 더 큰데 이는 Be과 B에서 나타나는 경향으로 설명이 되지 않는 것일 뿐이고 오히려 C의 effective nuclear force가 B보다 큰 것으로 설명하여야 설명이 된다는 것입니다. (이러한 부분이 학생들을 귀찮게 하는 부분이기는 합니다. 어떨 때에는 이렇게 설명하고 어떨 때에는 저렇게 설명하고... 물론 저도 처음에 공부할 때에는 그랬습니다. 그런데 관찰된 사실을 설명하려는 과정이기 때문에 그렇습니다.)

 

참고로 same group에서는 atomic number가 증가할수록 nuclear charge, shielding도 증가합니다. 하지만 이 경우에도 nuclear charge의 증가효과가 더 크게 나타나 effective nuclear force는 증가합니다. 하지만 그럼에도 불구하고 같은 group에서는 atomic number가 증가하면 electron shell이 증가한 효과로 인해 ionzation energy가 감소합니다.

 

 

그런데 이 모든 상황에서 우선은 ionization energy가 어떻게 되는지 관찰한 것이 먼저이고 이것을 설명하는 과정에서 effective nuclear force나 electron shell의 개념을 사용한 것입니다.

ionization energy에 영향을 주는 요인은 다양하게 있지만 결국은 나타나는 현상을 가장 합리적으로 설명하는 것일 뿐입니다. 

제가 수업시간에 강조한 것처럼 이론이 먼저 관찰이 나중이 아니고 관찰이 먼저이고 이론이 나중입니다. 즉 현상을 이론적으로 설명하는 것이지 이론적으로 현상을 추측하는 것이 아닙니다.

 

답변이 도움이 되었기를 바랍니다.

 

Top