주기율표란 무엇일까요?

원자 번호 순서

모든 원소는 고유한 원자 번호를 가집니다. 수소는 양성자가 1개이므로 원자 번호가 1이고, 헬륨은 2, 탄소는 6, 철은 26이며, 지금까지 이름이 붙은 가장 무거운 원소인 오가네손은 118입니다. 각 행을 왼쪽에서 오른쪽으로 읽으면 칸마다 원자 번호가 1씩 커지는데, 란타넘족과 악티늄족을 아래 행으로 옮겨 놓은 부분만 예외입니다.

중성 원자는 양성자만큼 전자를 가지므로 원자 번호는 전자의 수도 알려 줍니다. 이 전자들, 특히 가장 바깥쪽 전자가 원소의 반응 방식을 결정하므로, 원자 번호 순서로 배열하면 성질이 일정한 간격으로 되풀이됩니다. 이렇게 되풀이되는 규칙성이 '주기'라는 말의 뜻입니다.

주기율표는 누가 만들었을까요?

1800년대에 여러 화학자가 원소를 분류하려고 시도했지만, 주기율표를 유명하게 만든 판은 러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프가 1869년에 발표했습니다. 그는 당시 알려진 63개의 원소를 원자량 순으로 배열하고, 성질이 비슷한 원소들을 한데 묶었습니다.

멘델레예프는 자신의 규칙상 원소가 있어야 할 자리에 빈칸을 남기고 그 빠진 원소들의 성질을 예측했습니다. 갈륨(1875년 발견), 스칸듐(1879년), 저마늄(1886년)이 나중에 세 개의 빈칸을 채웠고, 성질도 그의 예측과 가까웠습니다.

1913년 영국의 물리학자 헨리 모즐리는 순서의 진정한 기준이 원자량이 아니라 원자 번호임을 보여 주었습니다. 이로써 텔루륨(원자량 127.6)과 아이오딘(126.9) 같은 몇몇 쌍이 올바른 족에 들어가기 위해 질량 순서와 다르게 놓여야 하는 이유가 설명되었습니다.

원소 칸 읽는 방법

표의 각 칸은 원소 하나를 나타냅니다. 대부분의 표에는 적어도 네 가지, 즉 원자 번호, 한두 글자의 원소 기호, 원소의 이름, 원자량이 나와 있습니다.

철을 예로 들면 원자 번호 26, 기호 Fe, 원자량 55.845입니다. 원자량은 그 원소의 천연 동위 원소들의 질량을 가중 평균한 값이므로 대개 정수가 아닙니다. 같은 수가 그 원소 1몰의 질량을 그램으로 나타낸 값이기도 해서, 철의 몰 질량은 55.845 g/mol입니다.

기호는 항상 대문자로 시작하고, 두 번째 글자가 있다면 소문자입니다. Co는 코발트이고, CO는 탄소와 산소의 화합물인 일산화 탄소입니다.

족과 주기

18개의 세로 열을 족이라고 부릅니다. 같은 족의 원소들은 대체로 바깥쪽 전자의 수가 같아서 비슷하게 반응합니다. 1족의 알칼리 금속은 모두 물과 반응하고, 18족의 비활성 기체는 거의 아무것과도 반응하지 않습니다.

7개의 가로 행을 주기라고 부릅니다. 주기 번호는 원자가 사용하는 전자 껍질의 수를 알려 줍니다. 3주기에 있는 나트륨은 세 개의 껍질에 전자가 있습니다. 한 주기를 가로질러 가면 각 원소는 앞의 원소보다 양성자와 전자가 하나씩 더 많고, 원소들은 왼쪽의 금속에서 오른쪽의 비금속으로 단계적으로 바뀝니다.

금속, 비금속, 그리고 아래의 두 행

표의 오른쪽에 있는 지그재그 '계단' 선이 금속과 비금속을 가릅니다. 원소의 80개 이상이 금속이며 표의 왼쪽과 가운데를 채웁니다. 탄소, 질소, 산소, 할로젠, 비활성 기체 같은 비금속은 오른쪽 위에 있습니다. 수소는 1족 맨 위에 놓여 있지만 비금속입니다. 규소 같은 준금속은 계단선을 따라 놓여 있으며 두 가지의 성질을 모두 가집니다.

본표 아래에 따로 떨어져 있는 두 행은 란타넘족(57–71번 원소)과 악티늄족(89–103번 원소)입니다. 이들은 원래 6주기와 7주기에 속하지만, 표의 너비가 알맞게 유지되도록 아래에 따로 인쇄합니다.

주기율표가 유용한 이유

원소의 위치를 알면 그 원소의 행동을 예측할 수 있습니다. 나트륨은 1족이므로 전자 1개를 잃어 Na⁺가 되고, 염소는 17족이므로 전자 1개를 얻어 Cl⁻가 됩니다. 각각 하나씩이면 균형이 맞으므로 식탁용 소금이 NaCl입니다. 같은 추론으로 모든 사실을 외우지 않고도 화학식, 전하, 결합의 종류를 예측할 수 있습니다.