원소와 주기율표 | 원자와 주기율표의 구성과 특징

 

물이나 돌을 물리적으로 가르더라도 물질의 기본 특성 자체는 변하지 않습니다.

세상을 이루고 있는 기본구성요소를 원소라고 합니다.

 

원소 : 물질을 구성하는 기본 성분으로 더 이상 다른 성분으로 쪼개지지 않는다.

이 기본원소의 자리는 꽤 오랜 시간 동안 원자라는 물질이 채우고 있었습니다.

지금은 쿼크라는 더 최소한의 단위가 발견된 상태라입니다. 

하지만 화학적 특성을 가지고 있는 최소단위로서 원소라고 하면 일반적으로 원자를 말합니다.

오늘은 이 원자들에 대해서 이야기 해 보겠습니다.

 

 

 

1. 원자의 구조

 

원자는 핵과 전자로 이루어져 있고 핵은 다시 양성자와 중성자로 이루어져 있습니다.

 

• 양성자(Proton) : 원자의 핵을 형성하는 입자, 전기적으로 양(+)의 전하, 질량은 1.6726 x 10⁻²⁴ g
• 중성자(Neutron) : 원자의 핵을 형성하는 입자, 전기적으로 중성, 질량은 1.6749 x 10⁻²⁴  g
• 전자(Electron) : 핵 주위를 매우 빠르게 돌고 있는 아주 가벼운 입자, 전기적으로 음(-)의 전하, 질량은 양성자의 약 1/1836 배 (9.1094 x 10⁻²⁸ g)

 

 

양성자와 중성자의 질량은 거의 유사하나 중성자가 아주 조금 무겁습니다.(양성자의 1.00138 배)

전자는 원자 전체에서 가지고 있는 질량이 매우 작습니다.

 

그림 : 원자

 

원자의 성질은 아래와 같습니다.

 

• 원자번호 : 원자의 양성자의 수
• 상대원자질량 : 탄소의 원자량을 12로 고정하고 다른 원자의 상대적 질량을 나타낸 값
• 원자량 : 동위원소 비율을 반영한 원자질량의 평균 상대 원자 질량입니다.

 

 

 

2. 주기율(Periodic Law)과 주기율표

 

과학자들은 원소의 성질이 원자번호가 증가함에 따라 일정하게 증가한다는 것을 발견했습니다.

이것이 음계의 도레미가 반복되는 것 같다고 해서 주기율이라고 이름 붙였습니다.

이후 1869년 드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendeleev)가 처음으로 체계적으로 정리했습니다.

이 것을 주기율표라고 합니다.

 

 

멘델레예프의 주기율표(Periodic Table)

 

63종의 원소를 원자량 순서대로 배열했습니다.

이렇게 배열하면 주기적으로 성질이 비슷한 원자가 나타나는 것을 발견했습니다.

그때까지 발견은 안되었지만 예상이 되는 자리는 빈칸으로 남겨두고 성질을 예측하기도 하였습니다.

일부 원소는 원자량과 성질 배열이 맞지 않자 주기율표(성질)에 맞추기도 했습니다.

 

→ 이후 연구를 통해 많은 것이 보강되었으나 이 최초의 주기율표는 많은 원소의 발견에 기여하는 계기가 되었습니다.

 

 

 

모즐리의 주기율표

 

이후 많은 과학자들에 의해서 개량되었으며 모즐리에 의해 크게 업데이트가 됩니다.

원소들을 주기율에 따라 배열한 표입니다. 

가장 크게 바꾼 것은 원자량이 아닌 양성자 수에 의해 배열하면 주기율이 잘 표현된다는 것을 알아낸 것입니다.

양성자 수를 원자번호로 삼는 방식은 아직도 사용되고 있습니다.

 

 

현대의 주기율표

 

많은 발전을 통해 현대의 주기율표가 만들어졌습니다.

현재 공식 인정된 원소는 총 118개입니다.

주기율표는 7개의 가로줄을 주기(Period), 18개의 세로줄을 족(Group)이라고 합니다.

 

그림 : 주기율표

 

특징	왼쪽 → 오른쪽 (주기)	위 → 아래 (족)
원자 크기	작아짐	커짐
금속성	강해짐 → 약해짐	강해짐 (대부분)
반응성 (금속)	강해짐 → 약해짐	강해짐
반응성 (비금속)	약해짐 → 강해짐(18족은 제외)	약해짐

 

 

주기율표를 보는 방법은 매우 다양하지만 대표적인 것만 소개합니다.

 

• 1주기에는 수소(H), 헬륨(He)만이 있습니다.
• 2주기에는 리튬(Li) ~ 네온(Ne)까지 8개의 원소가 있습니다.
• 3주기에는 나트륨(Na) ~ 아르곤(Ar)까지 8개의 원소가 있습니다.
• 4와 5주기에는 18개의 원소가 있습니다.
• 6과 7주기는 가로줄이 넓어지는 것을 방지하기 위해서 따로 분리한 테이블을 사용합니다.
  이것을 란타넘족과 악티늄족이라고 합니다.

그리고 1, 2, 17, 18족이 유독 성질이 특별한 특성이 있습니다.

 

• 1족 (알칼리 금속) : Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
  → 반응성이 매우 강함, 물과 격렬하게 반응해서 수소 기체 발생
• 2족 (알칼리 토금속) : Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
  → 1족보다는 약하지만 여전히 반응성 강함
• 17족 (할로겐) : F, Cl, Br, I, At
  → 매우 강한 비금속, 산화력 강함
• 18족 (비활성 기체, Noble gas) : He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
  → 최외곽 전자가 8개(He는 2개)로 안정해서 거의 반응 안 함

 

구역에 따라서 나누어 볼 수도 있습니다.

 

• s-구역 (1~2족) : 알칼리 금속(1족), 알칼리 토금속(2족)
• p-구역 (13~18족) : 붕소족~할로겐(17족)~비활성 기체(18족)
• d-구역 (3~12족) : 전이 금속(Transition metals)
• f-구역 : 란탄족, 악티늄족 (보통 표 아래쪽에 따로 배치)

 

그림 원자기호 보는 법

 

 

주기율표로 나타냄으로 원자들의 특성을 많이 알 수 있고요.

화학의 지도같은 존재라고 볼 수 있습니다.

아주 고명하고 화학을 잘 아는 전문 과학자들이 일하는 실험실에도 누구나 볼 수 있는 자리에 붙여둘 정도로 주기율표는 많은 정보를 담고 있습니다.

 

 

그림 : 원자와 주기율표