화학 고2 물질의 구조와 성질

주기율표

원소를 원자 번호 순으로 배열하되, 화학적 성질이 유사한 원소들이 같은 족에 오도록 구성한 표. 멘델레예프가 1869년 제안. 주기·족·블록(s,p,d,f)으로 구분된다.

원소를 원자 번호 순으로 늘어놓되, 화학적 성질이 비슷한 원소들이 같은 세로줄(족)에 오도록 접어서 배열한 표입니다.

긴 줄을 일정한 길이마다 끊어 아래로 접어 내린 것과 같습니다. 성질이 반복되는 주기에 맞춰 접었기 때문에, 접힌 자리마다 비슷한 원소가 위아래로 나란히 서게 됩니다.

쉽게 말하면

주기율표가 대단한 이유는 원소를 정리했기 때문이 아니라, 원소의 성질이 반복된다는 사실을 드러냈기 때문입니다. 멘델레예프는 1869년에 원소를 원자량 순으로 늘어놓다가 성질이 주기적으로 되풀이되는 것을 발견했고, 이 규칙을 지키기 위해 아직 발견되지 않은 원소의 자리를 빈칸으로 남겨 두기까지 했습니다. 나중에 그 빈칸에 딱 맞는 원소들이 실제로 발견되면서 주기율표는 결정적인 신뢰를 얻었습니다.

오늘날의 주기율표는 원자량이 아니라 원자 번호(양성자 수) 순으로 배열합니다. 이 차이는 사소하지 않습니다. 원자량 순으로 늘어놓으면 몇몇 자리에서 성질이 어긋나는데, 원자 번호 순으로 바꾸면 그 어긋남이 모두 해소됩니다.

왜 주기가 생길까요? 답은 전자 배치에 있습니다. 가로줄(주기)의 번호는 원자가 전자가 들어 있는 전자 껍질의 번호이고, 세로줄(족)이 같으면 원자가 전자의 수가 같습니다. 화학 반응은 원자가 전자가 하는 일이므로, 원자가 전자 수가 같으면 성질이 비슷합니다. 주기율표는 사실 전자 배치표를 접어 놓은 것입니다.

그래서 표의 모양 자체가 부껍질의 구조를 그대로 반영합니다. 왼쪽 두 줄은 s 블록, 오른쪽 여섯 줄은 p 블록, 가운데 열 줄은 d 블록, 아래 따로 뺀 열넷은 f 블록입니다. 오비탈 개수 1, 3, 5, 7에 2를 곱한 2, 6, 10, 14가 그대로 세로줄 수가 된 것입니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

1족은 왜 다 비슷한가

리튬, 나트륨, 칼륨은 모두 원자가 전자가 1개입니다. 그 하나를 잃으면 안정한 배치가 되므로 셋 다 전자를 쉽게 내주고 $+ 1$ 이온이 되며, 물과 격렬하게 반응합니다. 성질이 비슷한 이유는 '같은 족이라서'가 아니라 '원자가 전자 수가 같아서'이고, 같은 족이라는 것은 그 사실을 표로 나타낸 것뿐입니다.
예시 2

원자량 순으로 놓으면 순서가 어긋나는 자리

텔루륨(원자 번호 52)은 아이오딘(53)보다 원자량이 더 큽니다. 원자량 순으로 늘어놓으면 아이오딘이 앞에 와야 하는데, 그러면 아이오딘이 산소족에, 텔루륨이 할로젠족에 들어가 성질이 완전히 어긋납니다. 원자 번호 순으로 배열하면 이 문제가 사라집니다. 원소를 결정하는 것은 질량이 아니라 양성자 수이기 때문입니다.
예시 3

주기율표는 우주의 재료 목록이기도 하다

별의 핵합성은 가벼운 원소에서 무거운 원소를 차례로 만들어 냅니다. 우리가 딛고 선 지각을 이루는 산소, 규소, 알루미늄, 철도 모두 그렇게 만들어진 것입니다. 주기율표를 읽는 일은 결국 이 우주에 어떤 재료가 있는지를 읽는 일입니다.

주기(가로)와 족(세로)

구분	주기(가로줄)	족(세로줄)
무엇이 같은가	원자가 전자가 들어 있는 껍질 번호	원자가 전자의 수
오른쪽/아래로 가면	원자가 전자가 하나씩 늘어남	전자 껍질이 하나씩 늘어남
성질은	점차적으로 변함(금속 → 비금속)	서로 비슷함
예	3주기: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, Ar	17족: F, Cl, Br, I

자주 하는 오해

주기율표가 원자량 순으로 배열되어 있다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움주기율표는 가벼운 원소부터 무거운 원소 순으로 놓여 있다

실제로는원자 번호(양성자 수) 순입니다. 실제로 원자량 순서가 뒤집히는 자리(텔루륨과 아이오딘 등)가 존재합니다.

멘델레예프 시대에는 양성자를 몰랐으니 원자량을 썼고, 그래서 몇 군데에서 성질이 어긋나는 문제를 안고 있었습니다. 원소의 정체와 화학적 성질을 정하는 것은 양성자 수(그리고 그에 따라 정해지는 전자 수)이지 질량이 아닙니다. 동위 원소가 존재하기 때문에 원자량은 배열 기준으로 쓸 수 없습니다.

같은 주기 원소들이 성질이 비슷하다고 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움나트륨과 염소는 같은 3주기니까 성질이 비슷할 것이다

실제로는성질이 비슷한 것은 같은 '족'입니다. 나트륨은 금속, 염소는 비금속으로 성질이 정반대에 가깝습니다.

같은 주기는 전자가 들어가는 껍질이 같을 뿐, 원자가 전자 수는 하나씩 다릅니다. 화학적 성질은 원자가 전자 수가 결정하므로, 주기를 따라가면 성질이 금속에서 비금속으로 점점 변합니다. 오히려 나트륨은 리튬·칼륨과, 염소는 플루오린·브로민과 닮았습니다. 표를 읽을 때는 가로가 아니라 세로를 보세요.