화학. 오비탈 개념, 빛의 파동성 (파장, 진동수, 전자기파, 자외선, 적외선, 양자역학)

 

 

 

어떠한 원자가 어떻게 결합되어

분자를 형성했는지 알면 

분자의 구조와 특징을 유추할 수 있다.

 

원자의 결합에서는 전자가 가장 중요하고

우리는 전자가 원자의 어떻게 채워지는지

알아야 한다.

 

전자는 '오비탈(Orbital)'이라는 추상적 공간에

채워지고 이를 자세히 알기 위해선

'양자역학'의 기초 개념들이 필요하다.

 

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1. 빛의 파동성

 

양자 역학의 기본 개념을 살펴보기 위해선

우선 빛에 대한 이해가 필요하다.

 

예전에는 빛이 파동성만 가지고 있다고 생각했는데

입자성도 가지고 있는 것이 밝혀졌다.

 

우선 파동성에 대한 설명을 하도록 하겠다.

 

파동이란?

 

특정한 *매질이 진동하면서 에너지(E)가 전달되는 것.

소리, 빛, 지진 등이 있다. 

 

소리의 매질은 공기이고

물결은 매질이 물이다.

 

빛은 매질이 없이

전기장과 자기장의 상호작용으로

진공을 통과한다.

 

이를 '전자기파'(=빛)라고 한다.

여러분들이 아는 적외선, 자외선, 전파 등이 여기에 포함된다.

 

* 매질: 파동이 만든 요동을 전달해주는 매개체

 

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2. 파동의 주요 개념

 

파장과 진동수

1. 파장(Λ): 파동에서 두 개의 인접하는 봉우리와 봉우리, 또는 골과 골 사이 거리

Ex. (a)의 파장은 10m이고 (b)의 파장은 5m이다.

 

2. 진동수(v): 1초 동안 특정 지점을 통과하는 파장의 수

Ex. (a)의 진동수는 1Hz이고 (b)의 진동수는 2Hz이다.

 

3. 속도: 파장 * 진동수 

 

속도는

빛에 대입하면 '광속(C)'이라는 개념이다.

하지만 모든 빛은 진공상에서 속도가 같기 때문에

파장과 진동수는'반비례'하게 된다.

 

* 빛의 속도: 3 * 10^8 m/s이다.

 

파장과 진동수의 관계성은 앞으로 나올 설명에서 중요한 개념이다.

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3. 파장과 진동수의 관계성

 

빛의 파장과 진동수의 관계성

그림에 중간 부분을 보면

파장이 커질수록 진동수는 작아지는

반비례 관계가 확인된다.

 

중간에 블락에 적힌 이름들은

모두 전자기파이고 파장의 종류별로

임의적으로 나눠 놓은 것이다.

 

블락에 가운데에서 나온 빛을 보면

'가시광선(Visible)'이라고 색이 있는 곳을 볼 수 있다.

400~750nm 부근까지가 인간의 눈으로

색을 감지할 수 있는 영역이고

 

(1) 파장이 길어지면 빨간색

(2) 파장이 짧아지면 보라색으로 보인다.

 

가시광선을 기준으로

400nm를 넘어 왼쪽으로 갈수록

1. 파장이 짧아지고

2. 진동수는 많아진다.

 

Ultra Violet, X-rays, Gamma rays 등이 포함된다.

(자외선, 엑스선, 감마선)

이 부분은 인간의 눈으로 볼 수 없다.

 

반대로 

 

750nm를 넘어 오른쪽으로 가게 되면 

1. 파장은 길어지고

2. 진동수가 적어진다.

 

Infrared, Microwaves, Radio frequency 등이 포함된다.

(적외선, 마이크로파, 전파)

이 부분도 인간의 눈으로 볼 수 없다.

 

P.s

 

Microwaves는 마이크로파로

전자레인지에서 주로 사용한다. 그런데 전자레인지에서

나오는 '주황빛'은 무엇인가? 의문을 가질 수 있다.

 

그것은 전자레인지의 작동이나 안에 데워지는 음식의

조리 상태를 보기 위해 설치된 조명이고

여전히 마이크로파는 우리 눈에 보이지 않는다.

 

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정리

 

 

'오비탈'을 이해하기 위한 이론적 흐름이 참

복잡하기 때문에 흐름을 잘 파악하셔야 합니다.

 

양자역학을 깊게 들어가면 세계적인 물리학자들도

아직 연구를 진행 중인 학문이어서 매우 어렵습니다.

필요한 부분만 딱 이해하고 넘어가시면 됩니다!

 

빛은 파동성과 입자성 두 개의 특성을 가지고 있고

그중 빛의 파동성에 대해 간략히 알아보았습니다.

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