원자 구조와 성질

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: $n = m/M$

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.

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.

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.

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.

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).

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.

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.