2-2-3. 이온화 에너지와 전자 친화도
1. 이온화 에너지/2. 전자 친화도/
오늘 공부할 내용은 이온화 에너지와
전자 친화도에 관한 것입니다.
비슷한 것 같으면서도 전혀 다른 개념을 갖고 있으니까
정확히 파악해야 합니다.
1. 이온화 에너지
화학 반응을 크게 구분하면 전자를 주고 받는 산화-환원 반응과,
양성자(수소 이온)를 주고 받는 산-염기 반응이 있죠.
그 중에서 가장 중요한 반응은 전자를 주고 받는 산화-환원 반응인데,
이 때 출입하는 에너지에 우리는 관심을 둡니다.
중성 원자에서 전자를 제거하려면
핵이 전자를 당기는 힘에 반하여 일을 해야 하므로
에너지를 필요로 합니다.(에너지 흡수/세상은 넓고 공짜는 없다)
이 때 흡수하는 에너지를 이온화 에너지라고 합니다.
Na(g) + IE --> Na+(g) + e-
IE는 이 때 흡수되는 나트륨의 이온화 에너지
한편, 전자를 받아들이기를 좋아하는 비금속은
그 대가로 에너지를 방출하게 되는데,
이 방출 에너지를 전자 친화도라 합니다.
Cl(g) + e- --> Cl-(g) + AE
AE는 이 때 방출되는 염소의 전자 친화도
금속성이 클수록 대체로 이온화 에너지는 작고,
비금속성이 클수록 대체로 전자 친화도가 크지요.
모든 원자들은 비활성 기체를 영원한 우상으로 생각하고 있죠.
그래서 될 수 있는 한 비활성 기체를 닮으려고 노력을 한답니다.
같은 주기에서 왼쪽으로 갈수록 원자가전자수가 줄어들고,
따라서 비활성 기체와 닮기 위해 버려야 할 전자 수도 적으므로
전자를 떼어내기가 쉬워 이온화 에너지가 대체로 작아지며,
같은 족에서는 아래로 갈수록 원자 반지름이 커지므로
핵이 가장 바깥 전자를 끌어당기는 힘이 약해져서
이온화 에너지가 작아집니다.
같은 주기에서 이온화 에너지(제1이온화 에너지)가
가장 작은 것은 알칼리 금속,
가장 큰 것은 비활성 기체입니다.
에너지를 주면 원자에 전자가 남아 있는 한
얼마든지 전자를 떼어 낼 수 있죠.
따라서 순차적 이온화 에너지라는 개념이 있게 됩니다.
가령 Mg의 전자 배치는 K(2)L(8)M(2)인데,
차례로 전자를 떼어 낼 때 드는 에너지를
E1(제1 이온화 에너지),E2(제2 이온화 에너지),
E3(제3 이온화 에너지), E4(제4 이온화 에너지)...로 부르게 됩니다.
옥텟을 만족하는 전자 껍질에서 전자를 제거할 때는
매우 많은 에너지가 필요하므로
E1<E2<<E3<E4...와 같은 관계가 성립하게 되고,
이 경우 마그네슘의 원자가전자가 2개
즉, 2족임을 알 수 있습니다.
[예] 다음 원자의 순차적 이온화 에너지에 관한 자료로부터 몇 족인지를 예측하면?
|
E1 |
E2 |
E3 |
E4 |
E5 |
E6 |
순차적 이온화 에너지(eV) |
5.98 |
18.83 |
28.45 |
119.99 |
153.71 |
190.47 |
{풀이} 순차적 이온화 에너지의 상대적인 격차를 보면 E3<<E4임을 알 수 있고,
이것은 4번째 전자를 제거할 때 옥텟을 만족하는 새로운 전자껍질에서
전자를 제거하는 것임을 말하므로,
이 원자의 원자가전자는 3개이고, 13족임을 알 수 있죠.