주기율표(이론, 역사, 원소분류)

주기율표란

원소를 구분하기 쉽게 배열한 표입니다. 주기율표의 가로 행은 주기라 부르고, 세로열은 족이라 부릅니다.

주기마다 같은 성질의 원소가 반복적으로 나타나기 때문에, 같은 족의 원소들은 서로 유사한 화학적 특성을 보입니다. 전자를 가지고 있으려 하는 비금속성은 대체로 오른쪽이 더 높으며, 반대로 전자를 주려고 하는 금속성은 대체로 왼쪽이 더 높습니다. 이러한 화학적 성질은 각 원소의 전자 배치에 기인합니다.

주기율표

 

주기율표 역사

되베라이너의 세 쌍 원소

요한 볼프강 되베라이너의 세 쌍 원소로부터 시작됩니다. 되베라이너는 실험을 통해 세 개의 원소로 이루어진 무리 중 어떤 원소들은 첫 번째 원소와 세 번째 원소의 물리량 평균이 두 번째 원소의 물리량과 같음을 확인했습니다.

되베라이너는 구체적인 예로 '칼슘(Ca), 스트론튬(Sr), 바륨(Ba)'의 세 원소가 있다 여기서 스트론튬(Sr)의 물리량은 칼슘(Ca)과 바륨(Ba) 원소의 물리량을 합하여 2로 나눈 평균값과 비슷하거나 같다하여, 되베라이너는 이들을 세 쌍의 원소라고 불렀습니다. 이러한 세 쌍 원소 관계를 만족하는 원소들은 칼슘-스트론튬-바륨, 염소-브로민-아이오딘, 그리고 리튬-나트륨-칼륨이 대표적인데 이를 만족하는 원소수가 적어 인정받지 못하였습니다. 세 쌍 원소는 현대 주기율표에서 같은 족에 해당됩니다.

 

뉴랜즈의 옥타브 설

영국의 과학자 존 뉴랜즈는 원소들을 원자량의 순으로 배열하면 8번째 원소마다 비슷한 성질의 원소가 나타나는 것을 발견하였습니다. 이를 피아노의 개념에 대입하였지만 이 대응성은 3번째 줄에서부터 어긋나기 시작했고, 처음 이 이론이 발표되었을 때만 해도 뉴랜즈는 웃음거리가 되었으나 이후 여러 가지 실험이 뉴랜즈의 법칙의 중요성을 보여주었습니다. 지금의 주기율표에서 주기개념의 시초가 되었습니다.

 

드리트미 멘델레예프(1834~1907)

러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프는 원소의 규칙을 밝히기 위해 이런저런 시도를 하다가 결국 원소들을 원자량순으로 나열하면 되베라이너의 세쌍원소, 뉴랜즈의 옥타브 법칙을 만족하게 된다는 것을 알게 되었습니다. 드미트리 멘델레예프는 원소가 어떤 함수의 결과라는 것을 확실히 믿었지만 비활성 기체가 발견되면서 그의 주기율표는 바뀌기 시작했습니다. 당시에는 모든 원소가 발견되지 않아 멘델레예프가 만든 주기율표에는 빈자리가 있었습니다. 그리고 그 빈자리에 언젠가는 빈 칸을 채울 원소가 발견될 것이라고 주장했습니다.

 

모즐리의 법칙

드미트리 멘델레예프의 문제는 영국의 모즐리에 의해 풀렸습니다. 모즐리는 음극선관을 이용하여 생성되는 X선의 파장을 연구하여 양성자 수에 따라 화학적 성질이 달라진다는 것을 밝혀냈습니다. 이를 모즐리의 법칙이라하며, 이것을 기본으로 현대적 의미의 주기율표가 탄생하였습니다.

 

원소의 분류

원소들을 분류하는 방법은 여러가지가 있습니다. 1기압 상온에서의 상태에 따라 기체,액체, 고체 원소로 나누기도 하고, 전기 전도성에 따라 금속, 준금속, 비금속으로 나누기도 합니다. 전자배치에 따라 여러가지로 분류하기도 합니다.

 

금속 원소

금속원소는 주기율표의 왼쪽에서 중간, 아랫부분에 포함하는 원소들 입니다. 118종의 원소들 중 87종이 금속원소에 해당합니다.

 

금속원소의 특징

1) 전자를 잃고 양이온이 되기 쉽다.

2) 상온에서 고체이다.

-> 금속결합은 금속양이온과 자유전자의 정전기적 인력 결합이 강해서 높는점이 높습니다. Hg을 제외한 금속원소는 상온에서 고체입니다.

3)열과 전기전도성이 있다.

->금속사이를 자유롭게 돌아다니는 자유전자가 존재합니다. 자유전자(e-)가 열과 전기를 전달합니다.

 

금속원소는 화학적 특성에 따라 5종류로 나눠 볼수 있습니다.

1)알칼리금속

2)알칼리 토금속

3)전이금속

4)란타넘족원소

5)악티늄족원소

 

알칼리금속

주기율표에서 수소(H)를 제외한 1족에 해당하는 금속원소(리튬 Li, 나트륨 Na, 칼륨 K, 루비듐 Rb, 세슘 Cs, 프랑슘 Fr )입니다.

1족 원소들은 물(H2O)와 반응하면, 수소기체(H2)가 발생하고 수용액은 염기성(알칼리)을 띠게 됩니다. 1족 원소들은 최외각 전자가 1개인 원소들로 원소는 옥텟규칙을 만족하려는 경향이 있기 때문에 1족 원소는 최외각 전자 1개만 떼어내면 옥텟규칙을 만족합니다. 따라서 1가 양이온이 형성되기 쉽습니다. 알칼리금속의 존재유무는 불꽃 반응을 통해 알수있습니다. 리튬(Li)은 진홍색, 나트륨(Na)은 노란색, 칼륨(K)은 옅은 보라색, 루비듐(Rb)은 짙은 붉은색, 프랑슘(Fr)은 청자색을 나타냅니다.

 

알칼리 금속의 특징

1) 반응성이 크다.

2) 다른 금속에 의해 무르며, 밀도, 녹는점, 끓는점이 낮다.

3) 이온화에너지가 작기때문에 산화되기 쉽다.

4) 은백색 금속

 

알칼리토금속

주기율표 2족에 해당하는 원소들을 말합니다.(베릴륨Be, 마그네슘Mg, 칼슘Ca, 스트론튬Sr, 바륨Ba, 라듐Ra) 알칼리금속과 희토류 원소의 중간쯤의 성질을 가지고 있어서 알칼리 토금속이라고 부릅니다. 최외각 전자 2개를 떼어내면, 옥텟규칙을 형성하는 금속원들입니다.

 

알칼리토금속 특징

1) 2가 양이온 형성

2) 알칼리금속과 성질이 비슷하지만 알칼리금속보다 밀도, 녹는점, 끓는점이 높다.

3) 물과 할로젠 원소와의 반응

• Mg(s) + H2O(l) -> Mg(OH)2 + H2(g)

• Mg(s) + Cl2(g) -> Mg(Cl)2(s)