화학1에서 주기율표에 대해서 제대로 이해해야 합니다.
알면 맞추고 모르면 바로 틀리는 문제가 출제되기 때문입니다.
바로 주기율표에 대해서 같이 알아보겠습니다.
주기율표 역사
첫 번째 역사부터 같이 알아보겠습니다.
1789년 라부아지에가 처음에 물질들을 기체, 금속, 비금속, 화합물 이렇게 4가지로 분류했습니다.
그러다 1816년 되베라이너가 더 자세하게 원소 3개씩 묶어서 세 쌍 원소설을 발표합니다.
시간이 더 흘러서 1865년 뉴랜즈가 옥타브 규칙을 발견했습니다
1869년 멘델레예프가 그동안 발견된 원소들과 규칙들을 이용하여 원자량 순서로 배열한 최초의 주기율표를 만들었습니다.
근데 주기성이 안 맞는 부분이 있었습니다.
그래서 1913년 모즐리가 원자번호를 양성자 수로 정정하면서 지금과 비슷한 주기율표를 만듭니다.
우리가 지금 주기율표라고 알고 있는 표가 이 때 만들어졌습니다.
주기율표 보는 방법
간단하게 역사에 대해서 알아봤습니다.
이제 이 주기율표를 보는 방법에 대해서 알아보겠습니다.
가로줄은 주기라고 부릅니다.
쉽게 말하면 껍질 수입니다.
세로줄은 족이라고 부릅니다.
화학적 성질이 비슷해서 족이라 부르는 것입니다.
가운데 3~12족은 나중에 설명하고 족에 대해서 더 알아보겠습니다.
1족은 다른 말로 알칼리 금속이라고 합니다.
2족은 다른 말로 알칼리 토금속이라고 합니다.
13족은 붕소족, 14족은 탄소족, 15족은 질소족, 16족은 산소족, 17족은 할로젠족, 18족은 비활성 기체라고 부릅니다.
중요한 내용은 아닌데 같은 족은 비슷한 성질을 띈다는 것을 강조하기 위해 한번 더 설명했습니다.
우리 1족을 보겠습니다.
알칼리 금속이라고 합니다.
주기율표에서 왼쪽 아래는 금속 원소입니다.
이 금속들은 열과 전기 전도성이 좋고 양이온이 되길 좋아합니다.
반대로 16, 17, 18족들은 주기율표의 오른쪽 위에 위치하고 비금속 원소라고 합니다.
금속과 반대로 열과 전기 전도성이 나쁘고 음이온이 되길 좋아합니다.
그리고 가운데 붕소, 규소, 저마늄, 비소 등은 준금속 원소로 애매한 포지션에 위치한 원소들입니다.
이 내용을 다른 단원들과 엮어보겠습니다.
금속, 비금속 원소들은 각각 양이온과 음이온이 되는 것을 좋아합니다.
전자 배치랑 엮어서 문제를 낼 수 있습니다.
그리고 뒤에서 배우는 결합들인 금속 결합, 이온 결합, 공유 결합들과도 엮어서 문제를 낼 수 있습니다.
그러니까 주기율표를 외울 때 제발 원자번호 순으로 외우지 말고 14족에는 누가 있고, 16족에는 누가 있는지 같이 외우시길 바랍니다.
그럼 문제 푸는데 훨씬 편합니다.
유효 핵전하와 가림효과
유효 핵전하는 전자가 실제로 느끼는 핵전하라는 뜻입니다.
예를 들어 설명하겠습니다.
원자번호 6번 탄소 원자입니다.
탄소 원자는 전하량이 +6인 원자핵 1개와 전자 6개를 가지고 있습니다.
여기서 2번 껍질에 있는 전자 입장에서 보겠습니다.
원자핵이랑 서로 인력이 작용해서 끌어당기고 있습니다.
원래 전자 입장에서는 아 저기 +6 전하가 나를 당기고 있다고 느끼고 있습니다.
근데 사이에 누가 있습니다.
1번 껍질 전자들이 있습니다.
1번 껍질 전자들 때문에 2번 껍질의 전자는 원자핵의 전하량을 +6 보다 작게 생각합니다.
이것을 우리는 유효 핵전하라고 합니다.
1번 껍질이 2번 껍질의 유효 핵전하에 영양을 줍니다.
이 효과는 가려막기 효과 또는 가림 효과라고 합니다.
그 결과 원자번호가 1 증가할 때마다 원자가 전자가 느끼는 유효 핵전하는 1 만큼 증가하지 않습니다.
실제로 계산 할 수도 있습니다.
안 쪽 껍질에 있는 전자는 0.85만큼 가립니다.
같은 껍질에 있는 전자는 0.35만큼 가립니다.
그럼 탄소 2번 껍질에 있는 전자는 +6 – (2×0.85) – (3×0.35) = +3.25만큼 유효 핵전하를 느낍니다.
다른 원자들의 유효 핵전하도 한 번 구해보시길 바랍니다.
원자와 이온의 반지름
원자의 반지름을 잴 때 원자 두 개를 분자로 만든 후에 원자핵 사이의 거리를 측정합니다.
그 결과 주기율표에서 왼쪽 아래로 갈수록 반지름이 커지고 오른쪽 위로 갈수록 반지름이 작아집니다.
같은 주기에서는 유효 핵전하가 클수록 반지름이 작고 같은 족에서는 껍질이 많을수록 반지름이 큰 원리 때문입니다.
그럼 이온이 될 때를 보겠습니다.
양이온이 되면 전자를 뺍니다.
그럼 전자의 유효 핵전하가 커집니다.
그래서 반지름은 작아집니다.
음이온이 되면 전자를 더 넣은 것이라서 반지름은 커집니다.
가림 효과가 커져서 유효 핵전하가 작아졌기 때문입니다.
책에서는 보통 전자들 사이 반발력 때문에 커진다고 합니다.
문제 몇 개 풀어보면 감이 오니까 이정도 설명에서 넘어가겠습니다.
이온화 에너지
마지막 이온화 에너지입니다.
거의 기출에서 단골로 나오는 내용입니다.
원자에서 전자 1개를 떼어낼 때 필요한 에너지입니다.
즉 1가 양이온을 만들 때 필요한 에너지입니다.
그럼 누가 제일 떼기 쉬울지 생각해봅니다.
당연히 1족, 알칼리 금속이 가장 떼기 쉽습니다.
반대로 누가 가장 떼기 어려울지 생각해봅니다.
바로 비활성 기체입니다.
그래서 대부분 원자가 전자가 많아질수록 이온화 에너지는 증가합니다.
주기율표에서 오른쪽으로 갈수록 이온화 에너지는 증가한다는 의미입니다.
그런데 2족과 13족 사이 15족과 16족 사이에서 잠깐 역전이 일어납니다.
이 현상은 오비탈과 관련지어 생각해봅니다.
오비탈을 제대로 이해했으면 어떤 이유인지 추측 가능합니다.
여기서 전자를 하나 더 떼어 봅니다.
그럼 이 에너지를 제 2 이온화 에너지라고 합니다.
당연히 2족 원소, 알칼리 토금속이 가장 작습니다.
화학1 주기율표 내용 정리
지금까지 주기율표를 뜯어서 분석하고 담긴 의미들까지 생각해봤습니다.
실제로 수능에서는 여기서 오비탈과 전자배치랑도 연결시킵니다.
그래서 단순하게 원자번호 1번부터 20번까지 외우면 안됩니다.
주기와 족의 특징, 경향성까지 알아야합니다.
알면 맞고 모르면 틀리는 응용력은 낮은 단원이니까 꼭 잡아가시길 바랍니다.