우리가 화학시간에 물질과 원소에 대해 배우기 시작하면서 등장하는게 원소주기율표입니다. 무조건 외워야 하는 고통속에서 즐겁게 받아들여지지는 않았습니다. 하지만 자연현상을 이해하고 지식을 얻는데 활용하면 "어떻게 이런것을 발견할수가 있을까!" 감탄하게 됩니다. 자연의 모든 원소를 성질과 특성에 따라 나열해서 표로 만든것이 원소주기율표이며 물질을 이해하는데 많은 도움이 되며 더 많은 성질의 특성변화를 이해하면 능력에 따라 더 많은것을 연구할수 있습니다.
1. 원소주기율표를 만든사람, 역사
원소 주기율표는 화학 원소들을 기준에 따라 배열한 표로, 원소들의 특성과 관계를 시각적으로 보여주는 도구입니다. 원소 주기율표의 역사는 화학 연구의 진보와 원소들의 발견에 따라 점진적으로 발전해왔습니다. 다음은 원소 주기율표의 주요한 발전과정을 설명해 드리겠습니다.
■ 드빌리에 주기율표:
1862년에 프랑스 화학자 알레크세즈 드 빌리에(Alexandre-Émile Béguyer de Chancourtois)가 도전적으로 원소들을 나열한 주기율표를 발표했습니다. 이 주기율표는 원소들을 직선으로 배열하고, 주기적으로 반복되는 특성을 보여주는 구조를 가지고 있었습니다. 그러나 당시에는 충분한 주목을 받지 못했고, 다른 연구자들에게서도 거의 무시되었습니다.
■ 멘델레예프의 주기율법:
1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프(Dmitri Mendeleev)가 독립적으로 주기율표를 개발하였습니다. 멘델레예프는 원소를 원자량과 화학적 특성에 따라 배열하고, 특정한 주기적인 패턴을 가진다는 것을 제안했습니다. 이 주기율표는 현대적인 주기율표의 기초가 되었으며, 멘델레예프는 아직 발견되지 않은 원소들의 위치를 비워두고 그들의 특성을 예측하는 데에도 성공했습니다.
■ 모즈레리 주기율표:
20세기 초반에 영국의 화학자 헨리 모즈레리(Henry Moseley)가 X선 분광학을 사용하여 원자핵의 전하를 연구하고, 원소들을 원자번호에 따라 배열하는 새로운 주기율표를 제안했습니다. 이 주기율표는 원자번호(원자핵의 양성전하)를 기준으로 하고 있으며, 멘델레예프 주기율표에서 발견되지 않았던 일부 불일치를 수정하고, 원소의 발견과 예측에 대한 정확성을 향상시켰습니다.
■ 현대적인 주기율표:
모즈레리 주기율표를 기반으로 현대적인 주기율표가 개발되었습니다. 현대적인 주기율표는 주기와 족으로 배열되어 있으며, 원자번호, 원자량, 전자 구성 등의 추가 정보를 포함하고 있습니다. 또한, 원소의 전기음성도, 반응성, 원자 반지름 등의 특성을 시각적으로 파악할 수 있도록 다양한 색깔과 구성이 도입되었습니다.
지금까지 주기율표는 화학의 발전과 원소들의 연구에 따라 지속적으로 수정과 발전되어 왔습니다. 현재의 주기율표는 광범위한 화학적 지식과 원소들의 특성을 시각적으로 이해하는 핵심 도구로 사용되고 있습니다.
2. 원소주기율표의 구성과 주기 특성
■ 구성:
- 주기(Period): 원소들이 전자 껍질의 개수에 따라 가로로 배열됩니다. 1주기부터 7주기까지 총 7개의 주기가 있습니다.
- 족(Group/Family): 원소들이 같은 전자 껍질을 가진 원소끼리 세로로 배열됩니다. 1족부터 18족까지 총 18개의 족이 있습니다.
■ 주기의 특성:
- 전자 껍질의 증가: 주기별로 원소들의 전자 껍질 개수가 일정하게 증가합니다. 예를 들어, 1주기의 원소들은 1개의 전자 껍질을 가지고 있고, 2주기의 원소들은 2개의 전자 껍질을 가지고 있습니다.
- 전자 구성의 반복성: 같은 주기에 속하는 원소들은 외부 전자 껍질에 위치한 전자의 수를 제외하고는 비슷한 전자 구성을 가지고 있습니다. 이로 인해 화학적인 특성이 유사한 원소들이 같은 주기에 배열됩니다.
■ 족의 특성:
- 화학적 특성의 유사성: 같은 족에 속하는 원소들은 외부 전자 껍질에 위치한 전자의 수가 동일합니다. 이로 인해 족에 속하는 원소들은 화학적인 특성이 유사하며, 비슷한 반응성을 가집니다.
- 족의 명칭: 족은 일반적으로 숫자 또는 로마 숫자로 표시됩니다. 예를 들어, 1족은 알칼리 금속, 2족은 알칼리 토금속, 17족은 할로겐 등으로 알려져 있습니다.
■ 트렌드:
- 주기적인 특성 변화: 주기율표를 보면, 원소의 특성이 주기적으로 변화하는 패턴을 확인할 수 있습니다. 이러한 주기적인 변화는 원소의 전자 구성과 관련이 있으며, 예를 들어, 원자 반지름, 전기음성도, 이온화 에너지 등이 주기적으로 변화합니다.
- 족 내에서의 특성 변화: 족 내에서는 전자 껍질의 개수가 동일하기 때문에 원소들의 화학적 특성이 유사합니다. 그러나 족 내에서는 전자 구성의 변화에 따라 특성이 조금씩 변화할 수 있습니다.
원소 주기율표는 원소들의 특성과 트렌드를 비교하고 예측하는 데에 유용한 도구입니다. 이를 통해 화학적인 패턴과 특성을 이해하고, 원소들의 반응성, 전자 구성, 화학 반지름 등을 비교할 수 있습니다.
3. 활용 방안
■ 원자 반지름: 주기 유닛 내에서는 원소의 원자 반지름이 일정한 패턴으로 변화합니다. 주기가 증가함에 따라 원자 반지름은 일반적으로 감소합니다. 예를 들어, 2주기에서 3주기로 이동하면서 원소의 원자 반지름이 감소합니다.
■ 이온화 에너지: 주기 유닛 내에서는 원소의 이온화 에너지가 일반적으로 증가합니다. 이온화 에너지는 원소가 양성 이온으로 변환될 때 필요한 에너지를 나타냅니다. 주기가 증가함에 따라 전자 껍질에 가까워지므로 이온화 에너지가 증가하는 경향이 있습니다.
■ 전기음성도: 전기음성도는 원소가 전자를 억제하려는 능력을 나타내는 척도입니다. 주기적으로 보면, 전기음성도는 1주기에서 18주기까지 일반적으로 증가합니다. 예를 들어, 할로겐인 17족 원소들은 전기음성도가 높은 편에 속하며, 알칼리 금속인 1족 원소들은 전기음성도가 낮은 편에 속합니다.