전자껍질(전자각)이란?

SCIENCE WAVE

 

 

전자껍질(전자각), 원자가 껍질, 원자가 전자

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모든 원소의 핵은 일정한 수의 양성자를 가졌고, 그 양성자의 수만큼 전자를 가졌다. 원자번호가 올라감에 따라 전자의 수가 많아지면, 전자들은 마치 태양 주위를 도는 행성들처럼 어떤 궤도(orbital)를 돌게 된다.

 

전자의 궤도를 설명할 때 편의상 양파 껍질과 비슷하게 나타내고 있다. 전자의 수가 많으면 전자들은 층을 이루어 궤도를 돈다고 생각할 수 있다. 원자과학에서 몇 층으로 된 전자 궤도를 전자각(電子殼 electron shell) 또는 ‘전자껍질’이라 한다.

 

핵에 가까운 껍질(전자각)을 도는 전자일수록 안정되어 있다. 그 이유는 전자의 음전하(-)와 핵의 양성자 전하(+)가 서로 가까운 만큼 더 강하게 끌고 있기 때문이다. 그러나 핵 가까운 껍질을 돌던 전자라도 에너지를 얻게 되면 바깥 껍질(궤도)로 나가게 되고, 반대로 바깥 껍질의 전자가 에너지를 잃으면 안쪽 궤도로 들어갈 수 있다. 한편 핵으로부터 가장 먼 바깥 껍질(최외각)의 전자는 핵과 거리가 멀기 때문에 결합력이 약하여 주변에 있는 다른 원자의 핵으로 끌려갈 수 있다.

 

전자가 많은 원소의 핵 주위를 회전하는 전자들의 궤도에는 층에 따라 이름이 붙여져 있다. 궤도 중에 핵과 가장 가까운 껍질은 K라 하고, 밖으로 나가면서 차례로 L, M, O, P, Q 또는 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7껍질이라 부른다.

 

 

 

각 껍질에는 일정한 수 이하의 전자들만 들어갈 수 있다. 예를 들어, 핵에 가장 가까운 K껍질에는 2개의 전자가, 그 다음 L껍질에는 8개, 그 다음 M에는 18개가 돌 수 있요. 껍질 수가 많으면 바깥층 궤도는 전자 수도 증가한다.

 

가장 바깥 껍질을 도는 전자는 화학에서 매우 중요하다. 그 이유는 바깥껍질에 있는 전자는 주변의 다른 핵과 반응하여 화학작용을 일으키기 때문이다. 그래서 제일 바깥 껍질(최외각)을 ‘원자가 껍질’(valence shell)이라 부르고, 최외각의 전자는 화학결합에 관여한다고 해서 ‘원자가 전자’(valence electrons)라 부르기도 한다. ‘valence’는 ‘힘’이라는 의미를 가진 라틴어에서 유래했다. 즉 다른 원자와 결합하거나 반응하는 ‘전자의 화학적 힘’을 의미한다.

 

주기율표에서 같은 족(groups)에 속하는 원소들은 제일 바깥껍질에 같은 수의 전자가 돌고 있다. 그래서 같은 족의 원소들은 물리화학적 성질도 닮았다.

 

 

스펀지(sponge)라 불리는 해면동물