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Atomic Structure and Properties · ⁨원자 구조와 성질⁩

AP Chemistry · ⁨AP 화학⁩ · Topic 1 · ⁨주제 1⁩

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9:19

원자 구조와 성질

화학 반응식은 입자를 세는 것입니다. 이것이 두 개 저것이 하나 반응합니다. 하지만 원자는 너무 작아 세기가 어렵고, 손으로…을 건네줄 수 있는 기기는 없습니다.

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

1.1

Moles and Molar Mass · ⁨몰 및 몰 질량⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.1.A: Calculate quantities of a substance or its relative number of particles using dimensional analysis and the mole concept.

  • 1.1.A.1 One cannot count particles directly while performing laboratory work. Thus, there must be a connection between the masses of substances reacting and the actual number of particles undergoing chemical changes.
  • 1.1.A.2 Avogadro's number ($N_{\mathrm{A}} = 6.022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$) provides the connection between the number of moles in a pure sample of a substance and the number of constituent particles (or formula units) of that substance.
  • 1.1.A.3 Expressing the mass of an individual atom or molecule in atomic mass units (amu) is useful because the average mass in amu of one particle (atom or molecule) or formula unit of a substance will always be numerically equal to the molar mass of that substance in grams. Thus, there is a quantitative connection between the mass of a substance and the number of particles that the substance contains.
    • Equation: $n = m/M$
한국어

학습 목표 1.1.A: 차원 분석 및 몰 개념을 사용하여 물질의 양이나 입자의 상대적 개수를 계산합니다.

  • 1.1.A.1 실험실 작업 중에는 입자를 직접 세는 것이 불가능하므로, 반응하는 물질의 질량과 화학 변화에 관여하는 실제 입자 수 사이에 연결 고리가 있어야 합니다.
  • 1.1.A.2 아보가드로 상수($N_{\mathrm{A}} = 6.022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$)는 순수 시료 내 몰 수와 해당 물질의 구성 입자(또는 식 단위) 수 사이의 연결 고리를 제공합니다.
  • 1.1.A.3 개별 원자나 분자의 질량을 원자 질량 단위(amu)로 표현하면 유용한데, 이는 한 입자(원자 또는 분자) 또는 식 단위의 amu 평균 질량이 해당 물질의 몰 질량(g)과 수치상 항상 같기 때문입니다. 따라서 물질의 질량과 그物质이 포함하는 입자 수 사이에는 정량적 연결고리가 존재합니다.
    • 식: $n = m/M$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Because atoms are far too small to count, chemists count in moles 摩尔. One mole is Avogadro's number 阿伏伽德罗常数 of particles, $N_A=6.022\times10^{23}$. The molar mass 摩尔质量 (grams per mole, read off the periodic table) converts between mass and moles:

$$n=\frac{m}{M}.$$
Moles are the bridge between the lab (grams you weigh) and the equation (particles that react).

Worked example. How many moles, and how many molecules, are in $36.0\ \text{g}$ of water ($M=18.0\ \text{g/mol}$)?

$$n=\frac{m}{M}=\frac{36.0}{18.0}=2.0\ \text{mol},\qquad N=n\,N_A=2.0\times6.022\times10^{23}=1.2\times10^{24}\ \text{molecules}.$$

한국어

원자는 크기가 너무 작아 세는 것이 불가능하므로, 화학자들은 몰(mole) 단위로 세는方法来 사용합니다. 한 몰은 아보가드로 수에 해당하는 입자 수인 $N_A=6.022\times10^{23}$입니다. 몰 질량(몰당 그램, 주기율표에서 읽음)은 질량과 몰 사이의 변환에 사용됩니다:

$$n=\frac{m}{M}.$$
몰은 실험실(저울로 측정하는 그램)과 식(반응하는 입자) 사이의 다리가 됩니다.

몰은 중심축: 질량, 입자, 기체 부피, 농도 간 변환
몰은 중심축: 질량, 입자, 기체 부피, 농도 간 변환

해설 예제. 물(H₂O) $36.0\ \text{g}$에는 몰(mole)과 분자 수가 몇 개나 포함되어 있습니까?($M=18.0\ \text{g/mol}$)?

$$n=\frac{m}{M}=\frac{36.0}{18.0}=2.0\ \text{mol},\qquad N=n\,N_A=2.0\times6.022\times10^{23}=1.2\times10^{24}\ \text{molecules}.$$

Explore · ⁨탐색하기⁩

Link mass, moles and molar mass · ⁨질량, 몰 및 몰 질량 연결하기⁩

Molar mass $M$ is the bridge between the mass you weigh and the number of moles: $m = M \times n$. Because $M$ is fixed for a substance, mass is proportional to moles — double the moles, double the mass. · ⁨몰 질량 $M$은 측정한 질량과 몰 수 사이의 다리가 됩니다: $m = M \times n$. 물질에 대해 $M$는 고정되어 있으므로, 질량은 몰 수와 비례합니다. 몰 수가 두 배가 되면 질량도 두 배가 됩니다.⁩

1.2

Mass Spectra of Elements · ⁨원소의 질량 스펙트럼⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.2.A: Explain the quantitative relationship between the mass spectrum of an element and the masses of the element's isotopes.

  • 1.2.A.1 The mass spectrum of a sample containing a single element can be used to determine the identity of the isotopes of that element and the relative abundance of each isotope in nature.
  • 1.2.A.2 The average atomic mass of an element can be estimated from the weighted average of the isotopic masses using the mass of each isotope and its relative abundance.
    • Exclusion Statement: Interpreting mass spectra of samples containing multiple elements or peaks arising from species other than singly charged monatomic ions will not be assessed on the AP Exam.
한국어

학습 목표 1.2.A: 원소의 질량 스펙트럼과 동위 원소들의 질량 간의 정량적 관계를 설명합니다.

  • 1.2.A.1 단일 원소를 포함하는 시료의 질량 스펙트럼을 통해 해당 원소의 동위 원소 종류를 식별하고 자연 내 각 동위 원소의 상대적 풍부도를 알 수 있습니다.
  • 1.2.A.2 동위 원소 질량과 상대적 풍부도를 사용하여 가중평균을 취함으로써 원소의 평균 원자 질량을 추정할 수 있습니다.
    • 제외 사항: AP 시험에서는 다중 원소를 포함하는 시료의 질량 스펙트럼 해석이나 단전하 단원자 이온 외의 종에서 기인하는 피크에 대한 평가는 진행되지 않습니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English
Mass spectrometry

A mass spectrometer 质谱仪 separates atoms by mass, giving a mass spectrum 质谱: peaks at each isotope 同位素 (same element, different neutron count) with heights showing their relative abundance 相对丰度. The element's average atomic mass is the abundance-weighted average of its isotope masses.

Worked example. Chlorine is $75.8\%$ chlorine-35 and $24.2\%$ chlorine-37. Its average atomic mass is

$$A_r=(35)(0.758)+(37)(0.242)=26.5+8.95=35.5.$$
The average lies closer to $35$ because that isotope is more abundant – which is why the periodic-table value is $35.5$, not a whole number.

한국어
질량 분석법

질량 분석기는 질량에 따라 원자를 분리하여 질량 스펙트럼을 생성합니다. 각 동위원소(같은 원소, 다른 중성자 수)마다 피크가 있으며, 높이는 상대적 존재비를 나타냅니다. 원소의 평균 원자 질량은 동위원소 질량의 존재비 가중 평균입니다.

상대원자질량은 동위원소들의 존재비 가중 평균입니다
상대원자질량은 동위원소들의 존재비 가중 평균입니다
염소의 질량 스펙트럼: 서로 다른 존재비를 가진 두 동위원소
염소의 질량 스펙트럼: 서로 다른 존재비를 가진 두 동위원소

해설 예제. 염소는 $75.8\%$ chlorine-35와 $24.2\%$ chlorine-37로 이루어져 있습니다. 이의 평균 원자 질량은

$$A_r=(35)(0.758)+(37)(0.242)=26.5+8.95=35.5.$$
이 동위원소가 더 풍부하기 때문에 평균은 $35$에 더 가깝습니다 – 이것이 주기율표 값이 $35.5$이며 정수가 아닌 이유입니다.

Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore isotopes — same element, different mass · ⁨동위원소 탐구 — 동일한 원소, 다른 질량⁩

Keep the protons fixed but change the neutrons to build the two chlorine isotopes ($^{35}$Cl and $^{37}$Cl). Same element, different mass — exactly the peaks a mass spectrum shows. · ⁨양성자는 고정하고 중성자만 변경하여 두 개의 염소 동위원소($^{35}$Cl과 $^{37}$Cl)를 만드세요. 동일한 원소이지만 다른 질량 — 이것이 질량 스펙트럼에서 보이는 정확한 피크들입니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
moles/məʊlz/ 몰
Avogadro's number/ˌævəˈɡædrəʊz ˈnʌmbə/ 아보가드로 상수
molar mass/ˈməʊlə mæs/ 몰 질량
mass spectrometer/mæs spekˈtrɒmɪtə/ 질량 분석계
mass spectrum/mæs ˈspektrəm/ 질량 스트럼
isotope/ˈaɪsətəʊp/ 동위 원소(isotope)
relative abundance/ˈrelətɪv əˈbʌndəns/ 상대적 풍부도
percent composition/pəˈsent ˌkɒmpəˈzɪʃn/ 성분 비(퍼센트 composition)
1.3

Elemental Composition of Pure Substances · ⁨순수 물질의 원소 구성⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.3.A: Explain the quantitative relationship between the elemental composition by mass and the empirical formula of a pure substance.

  • 1.3.A.1 Some pure substances are composed of individual molecules, while others consist of atoms or ions held together in fixed proportions as described by a formula unit.
  • 1.3.A.2 According to the law of definite proportions, the ratio of the masses of the constituent elements in any pure sample of that compound is always the same.
  • 1.3.A.3 The chemical formula that lists the lowest whole number ratio of atoms of the elements in a compound is the empirical formula.
한국어

학습 목표 1.3.A: 순수 물질의 원소 구성 비율(질량 기준)과 실험식 사이의 정량적 관계를 설명합니다.

  • 1.3.A.1 일부 순수 물질은 개별 분자로 구성되어 있는 반면, 다른 물질들은 식 단위로 기술된 고정 비율로 결합된 원자나 이온으로 구성됩니다.
  • 1.3.A.2 고정 조성의 법칙에 따르면, 어떤 순수 시료의 구성 원소 간 질량 비는 항상 동일합니다.
  • 1.3.A.3 화합물 내 원소들의 원자 수 최소 정수 비를 나열한 화학식을 험식이라고 합니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

The percent composition 百分组成 of a compound is each element's mass fraction. From it you find the empirical formula 实验式 (simplest whole-number ratio of atoms) by converting each element's mass to moles and dividing by the smallest. The molecular formula 分子式 is a whole-number multiple of the empirical formula, found from the molar mass.

Worked example. A compound is $40.0\%$ C, $6.7\%$ H, and $53.3\%$ O by mass. Assuming $100\ \text{g}$, convert each mass to moles and divide by the smallest:

$$\text{C}:\frac{40.0}{12}=3.33,\quad \text{H}:\frac{6.7}{1}=6.7,\quad \text{O}:\frac{53.3}{16}=3.33 \;\xrightarrow{\div 3.33}\; 1:2:1,$$
so the empirical formula is $\text{CH}_2\text{O}$. If the molar mass were $180\ \text{g/mol}$ ($=6\times30$), the molecular formula would be $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$ – glucose.

한국어

화합물의 백분组成은 각 원소의 질량 분율입니다. 이를 통해 각 원소의 질량을 몰로 변환하고 가장 작은 값으로 나누어 ** empirical formula**(원자 simplest whole-number ratio)를 구할 수 있습니다. molecular formula는 empirical formula의 정수 배이며, 몰 질량으로부터 구할 수 있습니다.

empirical formula 구하기: 질량 → 몰, 가장 작은 값으로 나누기, 비율 읽기
empirical formula 구하기: 질량 → 몰, 가장 작은 값으로 나누기, 비율 읽기

**해설 예제.**某化合物는 질량 기준 $40.0\%$ C, $6.7\%$ H, $53.3\%$ O를 포함합니다. 총 질량이 $100\ \text{g}$라고 가정하면, 각 질량을 몰로 변환하고 가장 작은 값으로 나눕니다:

$$\text{C}:\frac{40.0}{12}=3.33,\quad \text{H}:\frac{6.7}{1}=6.7,\quad \text{O}:\frac{53.3}{16}=3.33 \;\xrightarrow{\div 3.33}\; 1:2:1,$$
따라서 empirical formula는 $\text{CH}_2\text{O}$입니다. 만약 몰 질량이 $180\ \text{g/mol}$ ($=6\times30$)이라면, molecular formula는 $\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6$–포도당–이 될 것입니다.

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
empirical formula/emˈpɪrɪkl ˈfɔːmjʊlə/ 간소화 식
molecular formula/məˈlekjʊlə ˈfɔːmjʊlə/ 분자 식
mixture/ˈmɪkstʃə/ 혼합물
nucleus/ˈnjuːklɪəs/ 핵
electron configuration/ɪˈlektrɒn kənˌfɪɡjəˈreɪʃn/ 전자 구성
valence electrons/ˈveɪləns ɪˈlektrɒnz/ 가전자
Photoelectron spectroscopy/ˌfəʊtəʊɪˈlektrɒn spekˈtrɒskəpi/ 광전자 분광법
Atomic radius/əˈtɒmɪk ˈreɪdɪəs/ 원자 반경
Ionization energy/ˌaɪənaɪˈzeɪʃn ˈenədʒi/ 이온화 에너지
1.4

Composition of Mixtures · ⁨혼합물의 조성⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.4.A: Explain the quantitative relationship between the elemental composition by mass and the composition of substances in a mixture.

  • 1.4.A.1 Pure substances contain atoms, molecules, or formula units of a single type. Mixtures contain atoms, molecules, or formula units of two or more types, whose relative proportions can vary.
  • 1.4.A.2 Elemental analysis can be used to determine the relative numbers of atoms in a substance and to determine its purity.
한국어

학습 목표 1.4.A: 순수 물질의 원소 구성 비율(질량 기준)과 혼합물 내 물질의 조성 간의 정량적 관계를 설명합니다.

  • 1.4.A.1 순수 물질은 단일 유형의 원자, 분자 또는 식 단위를 포함하며, 혼합물은 두 가지 이상의 유형의 원자, 분자 또는 식 단위를 포함하여 상대적 비율이 변할 수 있습니다.
  • 1.4.A.2 원소 분석을 사용하여 물질 내 원자의 상대적 수를 결정하고 순도를 확인할 수 있습니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Unlike a pure compound, a mixture 混合物 has variable composition – its parts keep their own identities. Describe a mixture by the mass or mole fraction of each component; these do not follow a fixed formula. Spectroscopy (like PES or absorption) can measure how much of each component is present.

한국어

순수 화합물과 달리 혼합물은 변할 수 있는 조성을 가지며, 구성 성분은 자신의 정체성을 유지합니다. 혼합물을 각 성분의 질량 분율 또는 몰 분율로 설명할 수但这些은 고정된 화학식을 따르지 않습니다. 분광학(PES 또는 흡수 등)을 통해 각 성분이 얼마나 있는지 측정할 수 있습니다.

1.5

Atomic Structure and Electron Configuration · ⁨원자 구조와 전자 배치⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.5.A: Represent the ground-state electron configuration of an atom of an element or its ions using the Aufbau principle.

  • 1.5.A.1 The atom is composed of negatively charged electrons and a positively charged nucleus that is made of protons and neutrons.
  • 1.5.A.2 Coulomb's law is used to calculate the force between two charged particles.
    • Equation: $F_{coulombic} \propto \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
  • 1.5.A.3 In atoms and ions, the electrons can be thought of as being in "shells (energy levels)" and "subshells (sublevels)," as described by the ground-state electron configuration. Inner electrons are called core electrons, and outer electrons are called valence electrons. The electron configuration is explained by quantum mechanics, as delineated in the Aufbau principle and exemplified in the periodic table of the elements.
    • Exclusion Statement: The assignment of quantum numbers to electrons in subshells of an atom will not be assessed on the AP Exam.
  • 1.5.A.4 The relative energy required to remove an electron from different subshells of an atom or ion or from the same subshell in different atoms or ions (ionization energy) can be estimated through a qualitative application of Coulomb's law. This energy is related to the distance from the nucleus and the effective (shield) charge of the nucleus.
한국어

학습 목표 1.5.A: 오버바우 원리를 사용하여 원소 원자 또는 이온의 기저 상태 전자 배치를 나타냅니다.

  • 1.5.A.1 원자는 음전하를 띤 전자와 양성자와 중성자로 구성된 양전하를 띤 핵으로 구성되어 있습니다.
  • 1.5.A.2 쿨롱의 법칙은 두 전하 입자 사이의 힘을 계산하는 데 사용됩니다.
    • 식: $F_{coulombic} \propto \dfrac{q_1 q_2}{r^2}$
  • 1.5.A.3 원자와 이온 내에서 전자는 기저 상태 전자 배치가 설명하듯 '껍질(에너지 준위)'과 '아껍질(하준위)'에 있다고 생각할 수 있습니다. 안쪽 전자를 코어 전자, 바깥쪽 전자를 원자가 전자라고 부릅니다. 전자 배치는 오버바우 원리에 의해 규정되고 원주기율표에 의해 예시되는 양자역학으로 설명됩니다.
    • 제외 사항: 원자 내 아껍질의 전자에 양자수를 부여하는 것은 AP 시험에서 평가되지 않습니다.
  • 1.5.A.4 원자나 이온의 서로 다른 아껍질, 혹은 서로 다른 원자나 이온의 동일한 아껍질에서 전자를 제거하는 데 필요한 상대적 에너지(이온화 에너지)는 쿨롱의 법칙의 정성적 적용을 통해 추정할 수 있습니다. 이 에너지는 핵으로부터의 거리와 핵의 유효(차폐) 전하와 관련이 있습니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

An atom is a tiny nucleus 原子核 (protons and neutrons) surrounded by electrons in shells and subshells (s, p, d, f). The electron configuration 电子排布 lists how electrons fill these, lowest energy first (e.g. $1s^2\,2s^2\,2p^6$). The outermost, highest-energy electrons – the valence electrons 价电子 – control chemistry. Coulomb's law explains their energies: electrons closer to, and less shielded from, the nucleus are held more tightly.

Worked example. Write the electron configuration of sulfur ($Z=16$). Fill subshells in order until $16$ electrons are placed: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$. The $3s$ and $3p$ electrons (six in total) are the valence electrons, so sulfur tends to gain two electrons to complete its octet.

한국어

원자는微小的 핵(양성자와 중성자)을 중심으로 전자가 껍질과 서브껍질(s, p, d, f)에 배치되어 있습니다. 전자 배치는 lowest energy부터 채우는 순서를 나열합니다(예: $1s^2\,2s^2\,2p^6$). 가장 바깥쪽, highest energy인 전자는 価电子로 화학적 성질을 결정합니다. 쿨롱의 법칙은 에너지를 설명합니다: 핵에 더 가까우거나 차폐가 덜 받은 전자는 더 강하게 묶여 있습니다.

양자와 중자로 된 작은 핵과 껍질을 따라 돌고 있는 전자로 구성된 원자
양자와 중자로 된 작은 핵과 껍질을 따라 돌고 있는 전자로 구성된 원자
아홉 개의 연소 용기가 줄지어 있으며, 각각 불꽃이 선명한 색(홍색, 주황색, 노란색, 녹색, 파란색, 보라색)으로 다릅니다
불꽃 반응: 각 금속 이온은 열에 의해 전자가 자극받았다가 다시 떨어지며 특정 파장의 빛을 방출하므로 고유한 색을 띱니다

해설 예제. 황(S, $Z=16$)의 전자 배치를 쓰십시오. 서브껍질을 순서대로 채워 $16$개의 전자가 배치될 때까지 진행합니다: $1s^2\,2s^2\,2p^6\,3s^2\,3p^4$. $3s$와 $3p$ 전자는 총 여섯 개로价电子이므로, 황은 옥테트를 완성하기 위해 전자 두 개를 얻는 경향이 있습니다.

주기율표는 원자 구조에 따라 요소를 배열합니다 – 전자 배치는 패턴을 설명합니다
주기율표는 원자 구조에 따라 요소를 배열합니다 – 전자 배치는 패턴을 설명합니다
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore how electrons fill the shells · ⁨전자 껍질이 채워지는 방식 탐구하기⁩

Change the atomic number $Z$ and watch the electrons fill the shells lowest-energy-first (the Aufbau principle 构造原理). The outermost electrons are the valence electrons that drive bonding. · ⁨원자 번호 $Z$를 변경하고 전자가 가장 낮은 에너지 껍질부터 채워지는 과정(오버바우 원리构造原理)을 확인하세요. 가장 바깥쪽의 전자는 価전자로, 결합을 주도하는 역할을 합니다.⁩

1.6

Photoelectron Spectroscopy · ⁨광전자 분광법⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.6.A: Explain the relationship between the photoelectron spectrum of an atom or ion and: i. The ground-state electron configuration of the species. ii. The interactions between the electrons and the nucleus.

  • 1.6.A.1 The energies of the electrons in a given shell can be measured experimentally with photoelectron spectroscopy (PES). The position of each peak in the PES spectrum is related to the energy required to remove an electron from the corresponding subshell, and the relative height of each peak is (ideally) proportional to the number of electrons in that subshell.
한국어

학습 목표 1.6.A: 원자나 이온의 광전자 스펙트럼과 다음 사이의 관계를 설명합니다: i. 종의 기저 상태 전자 배치. ii. 전자와 핵 사이의 상호작용.

  • 1.6.A.1 주어진 껍질의 전자 에너지는 광전자 스펙트로스코피(PES)를 통해 실험적으로 측정할 수 있습니다. PES 스펙트럼의 각 피크 위치는 해당 아껍질에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지와 관련이 있으며, 각 피크의 상대적 높이는 해당 아껍질의 전자 수에 비례합니다(이상적인 경우).

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Photoelectron spectroscopy 光电子能谱 (PES) measures the energy needed to remove electrons from each subshell. Each peak is a subshell: its position gives the binding energy (how tightly held) and its height gives the number of electrons in it. PES data let you read an element's electron configuration and confirm shell structure directly.

한국어

광전자 분광법(PES) 은 각 서브껍질에서 전자를 제거하는 데 필요한 에너지를 측정합니다. 각 피크는 서브껍질을 나타내며, 위치는 결합 에너지(묶임 강도)를, 높이는 내 전자의 수를 나타냅니다. PES 데이터를 통해 원자의 전자 배치와 껍질 구조를 직접 확인할 수 있습니다.

연속 이화 에너지는 큰 점프를 통해 껍질 구조를 드러냅니다
연속 이화 에너지는 큰 점프를 통해 질 구조를 드러냅니다
네온의 광전자 스펙트럼: 서브껍질별 하나의 피크, 높이는 전자 수에 의함
네온의 광전자 스펙트럼: 서브껍질별 하나의 피크, 높이는 전자 수에 의함
1.7

Periodic Trends · ⁨주기적 경향⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.7.A: Explain the relationship between trends in atomic properties of elements and electronic structure and periodicity.

  • 1.7.A.1 The organization of the periodic table is based on patterns of recurring properties of the elements, which are explained by patterns of ground-state electron configurations and the presence of completely or partially filled shells (and subshells) of electrons in atoms.
    • Exclusion Statement: Writing the electron configuration of elements that are exceptions to the aufbau principle will not be assessed on the AP Exam.
  • 1.7.A.2 Trends in atomic properties within the periodic table (periodicity) can be predicted by the position of the element on the periodic table and qualitatively understood using Coulomb's law, the shell model, and the concepts of shielding and effective nuclear charge. These properties include:
    • i. Ionization energy
    • ii. Atomic and ionic radii
    • iii. Electron affinity
    • iv. Electronegativity.
  • 1.7.A.3 The periodicity (in 1.7.A.2) is useful to predict/estimate values of properties in the absence of data.
한국어

학습 목표 1.7.A: 원소들의 원자 성향의 성향과 전자 구조 및 주기율 사이의 관계를 설명합니다.

  • 1.7.A.1 주기율표의 배열은 원소들의 반복적 성향 패턴에 기반하며, 이는 원자 내 완전히 또는 부분적으로 채워진 껍질(및 아껍질) 전자의 존재와 기저 상태 전자 배치 패턴에 의해 설명됩니다.
    • 배제 사항: 오부바우 원리에 예외가 되는 원소의 전자 배정을 쓰는 것은 AP 시험 평가 대상이 아닙니다.
  • 1.7.A.2 주기율표 내 원자 성질의 경향(주기성)은 주기율표 상 해당 원소의 위치를 통해 예측할 수 있으며, 쿨롱의 법칙, 껍질 모델, 차폐 및 유효 핵전하의 개념을 사용하여 질적으로 이해할 수 있습니다. 이러한 성질에는 다음이 포함됩니다:
    • i. 이온화 에너지
    • ii. 원자 반지름 및 이온 반지름
    • iii. 전자 친화도
    • iv. 전기음성도.
  • 1.7.A.3 주기율(1.7.A.2 참조)은 데이터가 부재한 상황에서 성질의 값을 예측/추정하는 데 유용합니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Trends across the periodic table follow from nuclear charge and shielding:

  • Atomic radius 原子半径 decreases across a period (stronger pull) and increases down a group (more shells).
  • Ionization energy 电离能 (energy to remove an electron) increases across, decreases down – opposite to radius.
  • Electronegativity 电负性 (pull on shared electrons) increases across and up, toward fluorine.
한국어

주기율표를 가로지르는 경향은 핵전하와 차폐에서 비롯됩니다:

 electronegativity는 주기에 걸쳐 증가하고, 족에 따라 감소합니다
electronegativity는 주기에 걸쳐 증가하고, 족에 따라 감소합니다
  • 원자 반경은 주기가 길어질수록(강한 인력) 감소하고, 족이 내려갈수록(전자 껍질 증가) 증가합니다.
  • 이온화 에너지(전자 하나를 제거하는 데 필요한 에너지)는 주기가 길어질수록 증가하고, 족이 내려갈수록 감소합니다 – 원자 반경의 경향과 반대입니다.
  • 전기음성도(공유 전자에 대한 인력)는 주기가 길어지고 위로 올라갈수록 증가하며, 플루오린 쪽으로 수렴합니다.
주기적 경향: 원자 반경, 이온화 에너지, 전기음성도가 주기와 족에 따라 어떻게 변하는지
주기적 경향: 원자 반경, 이온화 에너지, 전기음성도가 주기와 족에 따라 어떻게 변하는지
Explore · ⁨탐색하기⁩

Explore atomic radius across a period · ⁨주기별 원자 반경 변화 탐색하기⁩

Step across Period 3 and watch the atomic radius shrink — each added proton raises the effective nuclear charge and pulls the same shell in tighter. · ⁨3주기에서 이동하며 원자 반경이 작아지는 것을 관찰하세요. 추가되는 양성자는 유효 핵전하를 높이고 동일한 껍질을 더 단단히 당겨 들이킵니다.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
Electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ 전기음성도
cations/ˈkætaɪənz/ 양이온
anions/ˈænaɪənz/ 음이온
ionic compound/aɪˈɒnɪk ˈkɒmpaʊnd/ 이온 화합물
1.8

Valence Electrons and Ionic Compounds · ⁨원전자 및 이온성 화합물⁩

Syllabus
English

Learning Objective 1.8.A: Explain the relationship between trends in the reactivity of elements and periodicity.

  • 1.8.A.1 The likelihood that two elements will form a chemical bond is determined by the interactions between the valence electrons and nuclei of elements.
  • 1.8.A.2 Elements in the same column of the periodic table tend to form analogous compounds.
  • 1.8.A.3 Typical charges of atoms in ionic compounds are governed by the number of valence electrons and predicted by their location on the periodic table.
한국어

학습목표 1.8.A: 원소들의 반응성 경향과 주기율 간의 관계를 설명하시오.

  • 1.8.A.1 두 원자가 화학 결합을 형성할 확률은 원소들의 원外层전자와 핵 사이의 상호작용에 의해 결정됩니다.
  • 1.8.A.2 주기율표의 같은 세로줄에 있는 원소들은 유사한 화합물을 형성하는 경향이 있습니다.
  • 1.8.A.3 이온 화합물에 있는 원자의 일반적인 전하수는 원外层전자의 개수에 따라 결정되며, 주기율표에서의 위치에 의해 예측될 수 있습니다.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨출처: College Board AP Course and Exam Description⁩

English

Atoms gain, lose, or share valence electrons to reach stable configurations. Metals (low ionization energy) lose electrons to form cations 阳离子; nonmetals gain electrons to form anions 阴离子. Oppositely charged ions attract into an ionic compound 离子化合物, whose formula balances the charges to make the whole neutral. For example, aluminium ($3+$) and oxide ($2-$) combine as $\text{Al}_2\text{O}_3$ so the $+6$ and $-6$ cancel.

한국어

원자는 안정된 전자 배치를 위해 원전자를 얻거나 잃거나 공유합니다. 금속(낮은 이온화 에너지)은 전자를 잃어 **양이온(cation)**을 형성하고, 비금속은 전자를 얻어 **음이온(anion)**을 형성합니다. 서로 다른 전하를 띤 이온들은 이온성 화합물로 결합하여 전체가 중성이 되도록 전하를 균형 맞춥니다. 예를 들어, 알루미늄($3+$)과 산소 이온($2-$)은 $\text{Al}_2\text{O}_3$로 결합하여 $+6$과 $-6$이 상쇄됩니다.

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Watch an ionic bond form by electron transfer · ⁨전자 이동을 통해 이온 결합 형성过程을 보기⁩

A metal gives up its valence electron(s) and a non-metal takes them, so both reach a full shell. The atoms become oppositely charged ions that attract — that electrostatic pull is the ionic bond. · ⁨금속이 价전자를 제시하고 비금속이 이를 받음으로써 양쪽 모두 완전한 껍질을 얻습니다. 원자들은 서로 다른 전하를 띤 이온이 되어 서로 끌려 오는데, 이 정전기적 인력이 바로 이온 결합입니다.⁩

1.8

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • Use the mole as the hub: convert grams↔moles with $n=m/M$ and moles↔particles with Avogadro's number.
  • Relative atomic mass is the abundance-weighted average of the isotopes — it lies closer to the more abundant one, not halfway.
  • For an empirical formula, turn each element's mass into moles and divide by the smallest; scale up to whole numbers.
  • Read periodic trends from nuclear charge and shielding: atomic radius decreases across a period, ionisation energy and electronegativity increase across (and up).
  • Fill electron configurations in energy order; the outer valence electrons control the chemistry.
한국어
  • 몰(mole)을 중심축으로 사용하십시오: 그램↔몰은 $n=m/M$을 사용하여 변환하고, 몰↔입자는 아보가드로 수를 사용합니다.
  • 상대 원자 질량은 동위원소의 풍도 가중 평균입니다 – 풍도가 높은 쪽에 더 가깝게 위치하며, 정중앙이 아닙니다.
  • **간단식(empirical formula)**을 구하려면 각 원소의 질량을 몰로 바꾸고 가장 작은 값으로 나눈 뒤, 정수 비율로 확장합니다.
  • 핵전하와 차폐 효과에서 주기적 경향을 읽으십시오: 원자 반경은 주기가 길어질수록 감소하고, 이온화 에너지와 전기음성도는 주기가 길어지고 위로 올라갈수록 증가합니다.
  • 전자 배치 에너지를 순서대로 채우며, 외부 원전자가 화학 성질을 결정합니다.

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