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이전 강의에서는 일차 이온화 에너지만 다루었는데요
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이번에는 일차 이온화에너지와 이차 이온화에너지를 비교해 볼게요
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리튬을 예로 들겠습니다
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리튬은 원자번호 3번이구요 3개의 양성자를 갖고 있어요
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중성의 리튬은 양성자와 전자의 개수가 같아야해요
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그러면 3개의 전자가 있겠지요
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1S에 두개 2S에 하나가 채워져 있겠네요
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1S 오비탈에 두개가 채워져있고
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나머지 전자하나는 2S 오비탈에 있겠네요
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이게 가장 간단하게 중성리튬을 나타낼 수 있겠네요
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에너지를 가해서 이 전자를 떼어내버릴게요
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이 에너지를 일차 이온화에너지 라고 부르지요
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일차 이온화에너지는 약 520KJ/mol 입니다
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전자를 하나 떼어내게 되면
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더이상 중성인 리튬원자가 아니에요
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리튬 이온이 되는것이지요
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양성자는 +3이고 전자는 2개밖에 없어요
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한개를 떼어냈으니까 두개가 되겠지요
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+3 -2 = +1 이므로 Li+ 이온이 되겠네요
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그러면 1S 오비탈에 두 개의 전자 밖에 없겠네요
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2S 오비탈에 있던 전자를 떼어냈기 때문이죠
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더 많은 에너지를 줘서 전자를 하나 더 떼어내보죠
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이 전자를 떼어내볼게요
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그러면 이걸 2차이온화 에너지라고 부를게요
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IE2 라고 표시할게요
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이 값은 약 7298KJ/mol 이에요
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두번째 전자를 떼어내면
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역시 양성자는 +3이고
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전자 하나만 남게 되겠지요
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그러면 Li2+가 되겠어요
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왜냐면 +3 -1 = +2 이기 때문이죠
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Li 2+의 전자배치는 1S 에 전자 하나만 있겠네요
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일차 이온화 에너지와 이차 이온화 에너지는
큰 차이가 있다는 것을 알 수 있어요
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520 대 7298 이죠
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왜 이렇게 큰 차이를 보이는지 알아보죠
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3개의 요소로 분석해 볼게요
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첫번째는 핵전하량 이에요
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핵에 있는 양성자의 전하량을 말해요
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중성 리튬을 보면
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핵에는 +3의 전하를 띱니다
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+3의 전하량만큼 이 전자를 끌어 당기게 되는 것이지요
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Li + 양이온을 보면 비슷한 상황이죠
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역시 3개의 양성자가 있어서 +3의 전하량으로 끌어 당기는 것이죠
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같은 숫자의 양이온이 있기 때문에 더 영향력이 큰 요소를 고려해야 해요
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두번째로 전자가리움을 고려해 보죠
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shielding 은 screening 이라고도 하죠
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가리움 효과를 고려해 볼게요
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더 안쪽 오비탈에 있는 전자를 생각해보면
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이 두 전자가 안쪽오비탈에 있는 전자가 되겠어요
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이 두 전자는 바깥쪽에 있는 전자를 밀어내게 됩니다
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이 쪽 전자도 밀어내게 되구요
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전자의 반발력 때문에 핵의 전하량을 덜 느끼게 되는 것이죠
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+3의 핵전하량을 다 못느끼는 것이죠
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유효 핵전하를 생각하려면 양성자의 전하량에서
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1S 오비탈에서 가리는 두 전자를 빼주면 됩니다
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그러면 유효핵전하는 +1 정도가 되겠네요
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그러면 이 핑크색의 전자는 +3의 전하량이 아니라
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+1 정도의 전하량으로 느끼게 된다는 것이지요
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실제 계산은 약 1.3 정도로 나옵니다
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가리움 효과를 적용하면 모든 핑크색의 전자가 느끼는 전하량을 감소시킵니다
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이 쪽 전자로 넘어오게 되면
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같은 상황이 아닌것이죠
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가릴수 있는 전자가 적어지게 됩니다
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같은 오비탈의 이 전자는 조금 덜 반발하게 됩니다
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그래서 +3의 핵전하량을 다 느끼지 못하지만
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이전 상황보다는 더 많이 느끼게 되면서 강한 인력이 작용하게 되죠
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그래서 이 핑크색의 전자를 붙들고 있으려고 하고
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더 많은 에너지를 필요로 하게 되는거죠
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가리움 효과는 일차이온화에너지 보다
이차이온화에너지가 큰 이유를 말해주고 있어요
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마지막 요소로는 핵에서 핑크색 전자가 떨어진 거리입니다
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이 전자는 두번째 에너지 준위 만큼 떨어져 있어요
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이 전자 보다 더 멀리 떨어져 있게 됩니다
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이 전자는 1S 오비탈에 해당하는 에너지 준위에 있어요
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이 쪽 거리가 더 짧게 되는 것이죠
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가까이 있는 전자가 핵전하량을 더 많이 느낄수 있겠지요
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이는 쿨롱의 법칙으로 설명할 수 있어요
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인력이 증가하게 되니까
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그 인력을 끊으려는 에너지가 더 많이 들겠지요
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그래서 이차이온화에너지가 더 크게 되겠네요
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이것도 이온화에너지의 증가를 설명할수 있겠어요
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거리가 짧으면 더 많은 에너지를 들게 한다는 것이죠
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이게 또다른 이유가 될 수 있겠네요
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Li +가 되는 것이 Li2+가 되는 것보다 어렵다는 것이겠죠
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각 이온의 이온화 에너지를 보면
어떤 이온이 형성되기 쉬운지 알 수 있을겁니다
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