주기율표

1800년대 초까지 많은 수의 원소가 알려지면서, 화학자들은 원소의 화학적 경향성을 찾으려고 하였다. 이와 같은 노력으로 1869년에 마침내 주기율표가 만들어지게 되었다. 주기율표는 뒤에서 좀 더 구체적으로 설명하겠지만, 주기율표가 얼마나 중요하고 유용한지를 지금 이해하여야 한다. 여러분들은 곧 주기율표가 화학자들이 화학적 사실을 정리하고 기억하기 위한 가장 유용한 도구라는 것을 알게 될 것이다. 비슷한 특성을 갖는 원소들이 많이 있다. 예를 들면 리튬, 소듐, 포타슘은 모두 매우 무르고 반응성이 큰 금속이다. 헬륨, 네온, 아르곤 등의 원소들은 반응성이 거의 없는 기체이다. 원소들을 원자 번호 순서대로 배열하면, 화학적 성질과 물리적 성질이 비슷한 원소가 반복해서 나타난다. 예를 들면 반응성이 없는 헬륨,네온, 아르곤 등의 기체 바로 다음에 무르고 반응성이 큰 리튬, 소듐, 포타슘이 온다. 

원소들을 원자 번호 순으로 배열하여 비슷한 성질의 원소들이 수직으로 배열되게 만든 것을 주기율표라고 한다. 주기율표에 있는 각각의 원소는 원자 번호, 원소 기호, 원자량을 다음과 같은 방법으로 표기한다.

 

주기율표의 가로줄을 주기)period)라고 한다. 첫번째 주기에는 수소와 헬륨의 두 원소만 있다. 두 번째와 세 번째 주기에는 각각 8개의 원소로 이루어져 있다. 네 번째와 다섯 번째 주기에는 각각 18개의 원소가 있다. 여섯 번째 주기에는 32개의 원소가 있으나, 종이 한 쪽에 그릴 수 있도록 14ㅐ개의 원소는 따로 아래쪽에 배치한다. 마지막 일곱 번째 주기는 아직 미완성이지만, 앞서와 같이 14개의 원소는 표의 아래쪽에 나타낸다.

 

주기율표의 같은 수직 열에 있는 원소들을 족이라고 한다. 족의 번호를 붙이는 방법에는 약간의 차이가 있다. 보통 세 가지 방법으로 이름을 붙이는데, 두 가지 방법으로 보통 나타낸다. 족을 A와 B로 지정하는 방법은 북미에서 주로 사용된다. 이러한 족을 표기할 때에는 아라비아 숫자보다 로마 숫자를 주로 사용한다. 따라서 가장 위에 플루오린이 있는 족은 7A 또는 7B 로 나타낸다. 이와 같은 혼동을 피하기 위해 국제 순수 및 응용 화학 연맹은 두 번 재 줄 분류 기호와 같이 족의 번호를 A와 B로 나누지 않고, 1~18로 분류하는 새로운 규칙을 제안하였다. 그러나 이 교재에서는 아라비아 숫자와 A, B 기호를 함께 사용하는 전통적인 북미 양식을 사용할 것이다.

 

동일한 족에 속하는 원소들은 흔히 화학적 성질과 물리적 성질이 비슷하다. 예를 들어 화폐주조 금속 (구리, 은, 금)은 1B 족에 속한다. 이들 원소는 다른 원소 금속에 비해 반응성이 매우 낮기 때문에 전 세계적으로 화폐 주조에 널리 사용된다. 주기 율표의 다른 족들도 각 족의 명칭을 가지고 있다.

 

주기율표에서 같은 족 원소들은 원자의 외각에 있는 전자의 배열 형태가 같기 때문에 유사한 성질을 갖는다. 그러나 주기율표를 효과적으로 이용하기 위해 전자들의 존재를 알지 못하였던 화학자에 만들어졌다는 사실을 알아야 한다. 주기율표를 만들 당시 화학자들이 했던 것처럼, 우리는 주기율표를 이용하여 원소들 간의 상관관계를 이해하고 많은 화학적 정보를 쉽게 기억할 수 있을 것이다.

 

주기율표의 왼쪽과 중앙에 있는 원소들은 수소를 제외하고는 모두 금속 원소 (metalic element) 또는 금속(metal)이다. 모든 금속 원소는 광택이 있으며, 전기 및 열의 전도도가 높다는 공통점이 있다. 또한 수은을 제외한 모든 금속은 상온에서 고체이다. 붕소에서 아스타틴에 이르는 계단 모양의 선을 따라 금속과 비금속 원소 또는 비금속으로 구분한다. 상온에서 비금속은 기체나 고체 상태로 존재하며, 액체 상태의 원소는 1개 있다. 비금속은 일반적으로 모양이나 물리적 성질이 금속과는 다르다. 금속과 비금속을 분류하는 선을 따라 놓여 있는 몇몇 원소들은 금속과 비금속 중간적 성질을 나타낸다. 이들 원소들을 흔히 준금속이라고 한다.

 

염소는 할로젠 원소이다. 주기율표에서 원소의 위치를 찾아 기호, 주기, 족, 원자 번호 등을 파악해 보면 주기율표의 원소들을 이해할 수 있다. 

 

참고) 일반화학 제 13판