금속원소(전이 금속,란타넘족원소, 악티늄족원소), 비금속 원소, 준금속

전이 금속

전이 금속은 4~7주기, 3~12족 원소들을 말합니다. 다른 원소들의 경우 한 주기에서 주족원소의 화학적 성질이 원자가 전자의 수가 변함에 따라 크게 변하지만, 전이 금속들은 같은 족에서뿐만 아니라 같은 주기에서도 많은 유사성을 보여줍니다.

 

전이 금속의 이온화

전이 금속은 특이하게도 이온화되는 과정에서 4s 오비탈의 에너지가 3d 오비탈의 에너지보다 상당히 높아집니다. 이에 따라 중성원자 상태에서 에너지 준위가 3d보다 낮았던 4s 오비탈에서 전자가 먼저 나가게 되는 특징이 있습니다.

 

전이 금속의 착이온

전이 금속도 일반 금속과 마찬가지로 광택, 전기 전도성, 열 전도성을 가집니다. 그중에서도 비금속과 함께 이온 결합 화합물을 형성하는데, 이때 일반금속과는 달리 일정 수의 리간드와 함께 착이온 형태로 존재하기 때문에 착이온은 전이 금속과 리간드 간 결합이 이루어져 생성된 이온을 말합니다.

 

전이 금속의 오비탈 준위 순서

전이 금속의 오비탈 준위 순서는 일반적으로 알려진 (n-1)p<<ns<(n-1)d,np 와는 달리 d오비탈 붕괴와 스핀오비탈 상호작용 등 요인으로 인해 (n-1)p⁶이상의 결합한 원자의 원자가 오비탈, p블록과 d블록에서의 올바른 에너지 순서는 (n-1)p<<(n-1)d<ns<np 입니다.

 

란타넘족원소

란타넘족 원소는 원자번호 57번인 란타넘(La)부터 71번인 루테튬(Lu)까지의 원소를 말합니다. 가장 바깥 전자껍질에 있는 원자가전자의 배열과 이온반지름이 거의 같습니다. 대부분 지구상에서 희귀하게 소량 존재하는 원소들로 이루어져있습니다. 프로메튬(Pm)을 제외한 나머지 원소들은 지각 내에 안정하게 존재하는 자연원소들로 이루어져있습니다.

 

악티늄족원소

악티늄족 원소는 원자번호 89번 악티늄(Ac)부터 103번 로렌슘(Lr)까지의 원소를 말합니다. 방사성원소이며, 넵투늄(Np) 이후의 원소는 1939년 이후에 인공적으로 만들어진 것입니다. 화학적 성질은 란타넘족과 비슷한데, 특히 95번 아메리슘(Am) 이후의 원소는 란타넘족원소와 성질이 비슷합니다. 대표적으로 흔히 알고있는 우라늄(U)이 악티늄족 원소입니다.

 

비금속 원소

비금속 원소는 주기율표에서 오른쪽에 위치한 118종의 원소들중 18종의 원소입니다. 비금속의 원자들은 바깥 껍질에 전자가 4개 이상 들어 있기 때문에 금속과는 뚜렷하게 다른 물리적, 화학적, 특성을 지닙니다. 녹는점과 끓는점이 상대적으로 낮고, 밀도가 낮으며, 열과 전기를 잘 전도하지 않습니다. 화학적으로 비금속은 이온화 에너지가 비교적 크고, 전자 친화도 및 전기음성도도 크며, 다른 원소 또는 화합물과 반응하면 전자를 얻거나 공유합니다.

 

비금속원소의 종류

1. 할로젠 원소

2. 비활성 기체

 

할로젠 원소

할로젠 원소는 주기율표의 17족 원소들로 플루오린(F), 염소(Cl), 브로민(Br), 아이오딘(I), 아스타틴(At)이 있습니다. 최외각 전자가 7개이기 때문에 전자를 하나만 가져오면 옥텟규칙을 만족합니다. 전자를 하나만 얻으면 되기 때문에 -1가 양이온이 되기 쉽습니다. 따라서 강력한 산화 작용을 하고, 반응성이 매우 큽니다. 상온에서 플루오린(F2), 염소(Cl2)는 기체, 브로민(Br2)는 액체, 아이오딘(I2)는 고체로 존재합니다.

 

비활성 기체

비활성 기체는 주기율표 18족에 속하는 원소들로 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn) 등이 있습니다. 안정된 전자 배치를 갖고 있기 때문에 화학적으로 매우 안정한 원소입니다. 헬륨을 제외하고는 모두 최외각 전자수가 8개입니다. 따라서 반응성이 아주 낮으며 쉽게 화합물을 만들지 않습니다. 비활성 기체는 원자 하나로 분자를 이루는 대표적인 단원자 분자 입니다.

 

준금속 원소

준금속 원소는 금속의 성질만을 나타내지도 않고, 비금속의 성질만을 나타내지 않는 원소들을 말합니다. 금속 원소와 비금속 원소의 중간에 속한다 하여 준금속 원소라고 합니다. 준금속 원소는 붕소(B), 규소(Si), 게르마늄(Ge), 비소(As), 안티모니(Sb), 텔레륨(Te)이 있습니다. 준금속 원소는 반도체 산업에서 중요한 역할을 합니다. 반도체에 주로 사용되는 준금속은 실리콘(규소) 입니다. 규소(Si)는 모래의 주성분으로 주변에서 흔히 볼 수 있는 원소입니다.

 

준금속 원소의 특성

준금속은 금속처럼 보이지만, 비금속과 같은 물리 화학적 특성을 가지고 있습니다. 대부분의 준금속은 실온에서 금속 광택을 띠고, 쉽게 부스러지는 고체 상태로 존재하며, 상대적으로 높은 전기 전도도와 반도체 특유의 전자띠 구조(electronic band structure)를 갖는 특징이 있습니다. 또한, 준금속은 대부분 평균적인 이온화 에너지와 전기음성도를 갖고, 금속과 혼합되어 합금을 생성할 수 있습니다.

 

<총정리>

1.주기율표란 원소를 구별하기 쉽게 배열한 표이다.

2. 원소들은 금속성을 갖느냐에 따라 금속원소, 비금속 원소, 준금속 원소로 분류된다.

3. 금속원소는 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬우며, 상온에서 고체, 열과 전기전도성이 있다.

4. 비금속 원소는 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬우며, 열과 전기전도성이 작다. 상온에서 고체나 기체로 존재한다.

5. 준금속 원소는 금속원소와 비금속원소의 중간이다. 일반적으로 전기가 통하지 않지만 화학적변화나 특정원소의 첨가를 통해 금속과 같은 전기 전도체가 될수있다.