전자 배치 쓰는 방법, 단계별로

표기법의 의미

전자 배치의 각 부분은 세 가지로 이루어집니다. 2p⁴에서 2는 껍질(주 에너지 준위), 문자 p는 부껍질의 종류, 위첨자 4는 그 부껍질에 있는 전자의 수입니다. 위첨자를 모두 더하면 항상 전자의 총수가 되며, 중성 원자에서는 원자 번호와 같습니다.

부껍질에는 네 가지 종류가 있고 각각 정해진 수용 한도가 있습니다. s는 전자 2개(오비탈 1개), p는 6개(오비탈 3개), d는 10개(오비탈 5개), f는 14개(오비탈 7개)를 담습니다. 오비탈 하나에는 최대 2개의 전자가 들어갑니다.

쌓음 원리의 순서

전자는 에너지가 가장 낮은 부껍질부터 채웁니다. 이것이 '쌓아 올린다'는 뜻의 독일어에서 온 쌓음 원리(아우프바우 원리)입니다. 채우는 순서는 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p입니다.

4s가 3d보다 먼저, 6s가 4f보다 먼저 채워진다는 점에 주목하세요. n + l 규칙이 이를 설명합니다. 껍질 번호 n에 l(s는 0, p는 1, d는 2, f는 3)을 더해 합이 가장 작은 것부터 채우고, 합이 같으면 n이 작은 것을 먼저 채웁니다. 많은 학생은 대신 부껍질의 대각선 도표를 그려 화살표를 따라갑니다.

주기율표도 같은 순서를 보여 줍니다. 한 주기를 가로지르면 s 블록(1–2족), d 블록(3–12족, 한 껍질 아래), p 블록(13–18족)을 차례로 지나가고, f 블록(두 껍질 아래)은 6주기와 7주기에 들어갑니다.

풀이 예: 산소

산소의 원자 번호는 8이므로 배치할 전자가 8개입니다. 1s에 2개(6개 남음), 2s에 2개(4개 남음), 마지막 4개는 최대 6개까지 담을 수 있는 2p에 넣습니다. 결과는 1s² 2s² 2p⁴입니다. 확인: 2 + 2 + 4 = 8.

가장 높은 껍질은 2이고 전자가 2 + 4 = 6개이므로 산소의 원자가 전자는 6개입니다. 2p 부껍질 안에서는 훈트 규칙에 따라 전자가 세 개의 p 오비탈에 먼저 하나씩 들어간 다음 쌍을 이루므로, 산소 원자에는 홀전자가 2개 있습니다.

풀이 예: 철

철의 원자 번호는 26이므로 전자가 26개입니다. 쌓음 원리의 순서대로 채웁니다. 1s²(2개 배치), 2s²(4개), 2p⁶(10개), 3s²(12개), 3p⁶(18개), 4s²(20개), 나머지 6개는 3d에 들어갑니다. 전체 배치는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶입니다.

많은 교과서와 이 사이트는 부껍질을 대신 껍질 번호 순서로 나열합니다. 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s². 둘 다 같은 원자를 나타냅니다. 철이 이온이 될 때는 4s 전자를 먼저 잃으므로 Fe²⁺는 [Ar] 3d⁶이고 Fe³⁺는 [Ar] 3d⁵입니다.

비활성 기체 약식 표기

무거운 원자는 모든 부껍질을 쓰면 너무 길어지므로, 화학자들은 안쪽 전자를 대괄호 안의 앞선 비활성 기체 기호로 대신합니다. [He]는 1s², [Ne]는 1s² 2s² 2p⁶, [Ar]는 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶을 뜻합니다. 더 무거운 안쪽 부분으로는 [Kr](전자 36개), [Xe](54개), [Rn](86개)가 있습니다.

사용하려면 앞선 비활성 기체를 대괄호에 쓰고 그 뒤에 오는 전자만 덧붙입니다. 산소는 [He] 2s² 2p⁴, 나트륨은 [Ne] 3s¹, 철은 [Ar] 3d⁶ 4s²가 됩니다.

예외: 크로뮴과 구리

일부 원소는 쌓음 원리의 순서를 정확히 따르지 않습니다. 크로뮴(전자 24개)은 [Ar] 3d⁴ 4s²로 예측되지만 실제 배치는 [Ar] 3d⁵ 4s¹입니다. 구리(전자 29개)는 [Ar] 3d⁹ 4s²로 예측되지만 실제로는 [Ar] 3d¹⁰ 4s¹입니다.

두 경우 모두 4s 전자 하나가 3d로 옮겨 갑니다. 4s와 3d 부껍질은 에너지가 매우 가깝고, 절반만 채워진(d⁵) 또는 완전히 채워진(d¹⁰) d 부껍질은 특히 안정하기 때문입니다. 더 무거운 일부 원소도 같은 방식으로 행동합니다. 몰리브데넘은 [Kr] 4d⁵ 5s¹, 은은 [Kr] 4d¹⁰ 5s¹, 금은 [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹입니다. d 블록과 f 블록의 약 20개 원소가 불규칙한 배치를 가지므로, 더 무거운 원소는 믿을 만한 표에서 확인하세요.