비활성 기체: 목록, 성질, 쓰임 (18족)

비활성 기체는 주기율표의 마지막 열인 18족에 있는 여섯 원소, 즉 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈입니다. 이들은 단원자로 이루어진 무색무취의 기체이며 모든 원소 중에서 반응성이 가장 낮습니다. 오가네손(118)도 18족에 있지만 그 성질이 알려져 있지 않아서, 이 사이트에서는 초중원소로 분류합니다.

비활성 기체가 반응성이 매우 낮은 이유

모든 비활성 기체는 바깥 껍질이 완전히 채워져 있습니다. 헬륨은 유일한 껍질을 채우는 전자 두 개(1s²)를 가지며, 네온에서 라돈까지는 ns² np⁶ 배열의 바깥 전자 여덟 개, 즉 안정한 옥텟을 가집니다. 껍질이 가득 차 있어서 전자를 얻으려는 경향이 없고 이온화 에너지가 매우 높아 전자를 잃는 일도 드뭅니다. 헬륨은 모든 원소 중에서 첫 번째 이온화 에너지가 가장 높습니다.

성질과 족 아래로 내려갈 때의 경향

비활성 기체 원자 사이의 힘은 매우 약해서 여섯 원소 모두 상온에서 기체입니다. 헬륨은 모든 원소 중에서 끓는점이 가장 낮은 4.2 K(−269 °C)이며, 보통 압력에서는 얼릴 수 없습니다. 족 아래로 내려갈수록 원자가 커지고 바깥 전자를 덜 단단히 붙잡습니다. 이온화 에너지는 감소하고, 원자 반지름, 밀도, 끓는점은 증가하여 라돈은 약 −62 °C에서 끓습니다.

비활성 기체도 반응할 수 있을까요?

닐 바틀릿이 1962년에 최초의 비활성 기체 화합물인 육플루오린화 백금산 제논을 만들기 전까지는 비활성 기체(inert gas)라고 불렸습니다. 제논은 혼합물을 가열하거나 빛을 쬐면 플루오린과 결합하여 Xe + F₂ → XeF₂를 만들며, XeF₄, XeF₆과 산화물도 만듭니다. 크립톤은 이플루오린화 크립톤(KrF₂)을 만들지만, 헬륨, 네온, 아르곤의 안정한 화합물은 보통 조건에서 알려져 있지 않습니다.

비활성 기체의 쓰임

헬륨은 가볍고 타지 않아서 풍선과 비행선을 채우며, 액체 헬륨은 MRI 스캐너의 자석을 냉각합니다. 네온은 광고 간판에서 붉은 주황색으로 빛납니다. 공기의 약 0.93퍼센트를 차지하는 아르곤은 용접할 때 뜨거운 금속을 보호하고 전구와 이중창을 채웁니다. 크립톤과 제논은 밝은 램프와 카메라 플래시에 쓰이며, 제논은 일부 우주선의 이온 엔진을 구동합니다.

라돈은 방사성입니다. 우라늄이 들어 있는 암석과 토양에서 스며 나오며 지하실에 쌓일 수 있고, 흡연 다음으로 폐암의 두 번째 주요 원인입니다.

알려지지 않은 구성원, 오가네손

오가네손(118)은 라돈 아래에서 7주기를 완성합니다. 지금까지 소수의 원자만 만들어졌고 각각 약 1밀리초 동안만 지속되어서, 그 성질은 하나도 측정되지 않았습니다. 계산에 따르면 상온에서 고체일 수 있고 다른 비활성 기체보다 반응성이 클 수 있습니다.


2	헬륨	He	4.0026	1s2	기체
10	네온	Ne	20.18	[He] 2s2 2p6	기체
18	아르곤	Ar	39.948	[Ne] 3s2 3p6	기체
36	크립톤	Kr	83.798	[Ar] 3d10 4s2 4p6	기체
54	제논	Xe	131.29	[Kr] 4d10 5s2 5p6	기체
86	라돈	Rn	222	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6	기체

비활성 기체(18족)

주기율표에서의 위치

이 족의 원소