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옥텟규칙이 왜 안정한지 이정도 설명이면 될까요?

물린이
23.01.11
·
조회 942

저도 예전에 좀 궁금해하다가 어느순간 넘어간 것이긴 한데

 

중학생 친구 하나가 옥텟규칙(최외각에 8개의 전자가 차면 안정)을 이루면 왜 안정해지는지 물었습니다.

 

사실 답하기 좀 애매한 것들은 사실 1.양자역학과 관련이 있다, 2.엔트로피와 관련이 있다 로 대강 넘어갈 수는 있는데

 

옥텟도 사실상 양자역학스러운 부분이지만 어느정도 눈높이를 맞춰 설명하려고 노력해봤습니다 .

 

 

  1. 옥텟은 절대적인 것이 아니다. 2,3주기는 8개를 채우면 안정해지지만 그 이후는 꼭 그렇지 않다. 사실 교육과정에서 20번 까지만 배워서 그렇지 3주기 일부도 확장된 옥텟규칙이란 이후로 8개 이상이 차는 경우를 종종 배운다. 
  2. 2주기에서 전자가 찰 때 전자들과 원자핵 간에 거리에 따른 인력과 전자 간에 반발력이 균형을 이뤄서 딱 안정해져야하는데, 인력으로 인해 전자가 중심으로 모여들수록 전자간 반발력이 늘어나서 불안정해지고, 전자가 늘어남에 따라 전자간 반발력에 의해 서로 거리가 멀어지지만 원자핵과의 인력도 감소하는 복합적인 문제가 발생
  3. 그래서 2주기의 경우 최외각전자가 7개일 때보다 8개일 때 서로 거리가 멀어져 전자간 반발력이 감소하여 안정하고, 또 9개일 때보다는 8개일 때 원자핵과의 거리가 가까워서 더 안정하다.
  4. 이게 2주기에서는 8이라는 숫자가 (오비탈 때문에라도) 딱 떨어지고 3주기에서까지 딱 떨어지니 규칙으로 자리 잡은 것이지 이 이후 주기에서는 반드시 맞는게 아니다.


    정도로 설명해줬는데 혹시 여기에 좀 오개념이라거나 할만한게 있나요? 일단 제 기준에서는 이 정도가 중학생 눈높이인 것 같아서 말이죠. 혹시 다른 분들은 어떠실까요?

    아니면 2s2p 오비탈에 전자가 가득찰 때 안정해지는 계산적인 이유라도 있을까요

     
댓글
쭈들쭈들
23.01.11
정성적인 설명 좋아용. 해주신 설명과 다른 측면에서 왜 8개인가에 대해 생각해봤는데요. 전자의 스핀 up&down이 한 쌍을 이루면 8개일 때 4개의 쌍이 생기지 않습니까? 그게 3차원적 구조로 생각해보면 4쌍은 정사면체로 대칭적으로 맞아 떨어지지만, 5쌍이나 3쌍은 대칭적인 구조가 안되니까 옥텟 규칙이 나오지 않았나 싶습니다.
쭈들쭈들
23.01.11
생각해보니 3쌍은 120도로 되는군요
물린이 글쓴이
23.01.11
근데 이게 생각해보면 오비탈 겹침도 따져야하고 생각할게 많은 것 같습니다. 아니면 그냥 파동함수로 놓고 현상을 설명하는 모델을 잡아두니 딱 맞아떨어지더라 정도일 수도.. 그냥 현상이 그렇다...라고 할 수도 있을 것 같은데 그런 설명은 좀 애매하긴 하죠ㅠㅠ
@쭈들쭈들
nitride
23.01.11
9개일때 핵과 거리가 멀어서 불안정하다고 하셨는데 9개는 오비탈들의 특성상 애초에 불가능하다고 하고 싶네요
물린이 글쓴이
23.01.11
그건 2주기에서만이고 3주기까지는 배우는데다 3주기에 관한 설명도 해야하니까요... 그래서 3주기부터 확장된 옥텟 이론이 추가되었다 까지 하긴 했습니다.
취급주의민트초코절임
23.01.11
킹치만 그냥 그런 걸…
물린이 글쓴이
23.01.11
보통은 원래 그런거에 맞춰서 모델을 짜는 거긴 한데 말이죠ㅎㅎㅎ
절대햄탈해
23.01.11
화학 공부 좀더 열심히 할걸 싶다가도 이런거 보면 왜 싫어했는지 다시금 떠올립니다. 개같다 진짜루
물린이 글쓴이
23.01.11
넘넘 재밌는데...
절대햄탈해
23.01.12
저런건 재밌는데용 문제푸는게 너무 싫어잉.. 공부 다시 해야징
@물린이
물린이 글쓴이
23.01.12
문제유형 극혐은 맞긴 해요ㅋㅋㅋㅋ
@절대햄탈해
절대햄탈해
23.01.12
진짜 죽여버리고 싶은 문제 1선
@물린이
몽까몰끼
23.01.12
각 orbit의 모양을 보여주며 설명하면 좀 더 이해를 잘 하는 것 같아요. 유기화학을 가르칠 때 s orbit 모양과 p orbit 모양을 보여주며 설명하면 좀 더 이해를 잘 하는 양상을 보입니다. 이 경우에 원소 주기율표의 트렌드와도 맞아떨어질 수 있고, 다음 스텝인 covalent bond 를 설명할 때도, 또 Frontier Molecular Orbital theory 와도 잘 맞아 떨어지기도 하고요. s 와 p orbit에 각각 몇개의 전자쌍이 이루어질 수 있는지도 알려주면 더 좋을 것 같습니다.
물린이 글쓴이
23.01.12
오비탈은 배우는 애들이라 파울리 배타까지 다 배우는데
모양으로 설명한다는게 어떤 의미실까요??
이게 또 s는 구형이고 p는 아령형이라 이걸로 옥텟을 설명을 어떤 식으로..?
잉어와붕어
23.01.12
파울리 배타 법칙를 축약해서 말하면 같은 상태의 전자는 한 오비탈에 한 개만 존재할 수 있다는 원리죠. s는 구형이라 스핀 업과 다운, 한 쌍의 전자가 들어가고, p는 아령형이기 때문에 x,y,z축으로 3개가 있어서 총 세 쌍의 전자가 들어가요. 그러면 총 네 쌍입니다.
@물린이
물린이 글쓴이
23.01.12
아뇨아뇨 그렇게 8개 채우는 원리는 당연 설명했고 모양 얘기하시길래 구형과 아령형 기반으로 설명하는 방법이 있나 하구요.
@잉어와붕어
몽까몰끼
23.01.13
잉어와붕어님 말이 맞습니다. 글쓴이님께서 충분히 잘 설명해주셔서 뭔가 실물 3D 모형과 더불어 설명하면 8개가 이쁘게 들어가는 모습을 더 잘 전달 할 수 있다는 말을 하려고 했습니다. 말씀하신걸 보니 이미 그렇게 진행하시고 계신 것 같아 제가 감히 더 첨언 할 필요가 없었네요 ㅎㅎ
@물린이

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