[강신종 쌤의 ‘재미있는 과학이야기’(7)] 주기율표 (하)

"주기율표 상의 위치에 따라 원소 특성이 구별돼요
같은 세로줄이면 같은 족, 금속성은 왼쪽에 있죠"

주기율표의 주기와 족 구분

주기율표에서 가로 줄 위치에 있는 원소들을 ‘주기’하고 하며, ‘주기’는 전자껍질의 수를 나타낸다. 전자껍질의 수는 원자 반지름을 결정하는 중요한 요소이며, 전자껍질의 수가 많을수록 원자 반지름은 증가한다.

가장 바깥쪽 전자껍질에 있는 전자는 전자를 잃거나 받으면서 화학결합에 참여하게 되는데 이를 ‘원자가 전자’라고 한다. 원자의 화학적 성질은 ‘원자가 전자’에 의해 결정된다. 18족에 속해 있는 원소들을 비활성기체라 한다. 이들은 가장 바깥쪽 전자껍질에 8개의 전자를 갖고 있으나, 전자를 잃지도 받지도 않기 때문에 최외각전자의 수는 0이다. 그러므로 18족을 제외한 나머지 전형원소들은 최외각 전자의 수와 원자가 전자의 수가 같다.

비금속은 오른쪽에 위치

주기율표에서 같은 세로 줄에 위치하면 같은 족이라 부른다. 같은 족은 화학적 성질을 결정하는 원자가 전자의 수가 같기 때문에 같은 족은 화학적 성질이 비슷하다. 즉 3주기 1족 원소인 나트륨(Na)은 전자껍질이 3개이고 원자가 전자 수가 1개이다. 리튬(Li)은 2주기 1족이며 전자껍질은 2개, 원자가 전자 1개를 갖고 있다. 그러므로 리튬(Li)과 나트륨(Na)을 같은 족이라 하며 이들의 화학적 성질은 비슷하다.

전자를 잃는 성질을 금속성이라 하며, 금속성이 강할수록 원소들은 주기율표의 왼쪽(1~13족) 영역에 위치한다. 우리가 많이 들어본 마그네슘(Mg), 철(Fe) 등이 금속 원소에 속한다. 1족인 알칼리 금속을 중심으로 금속 원소들의 성질을 배우게 된다.

비금속 원소는 전자를 받아들이는 성질인 전자친화도가 큰 원소들이다. 전자를 잘 받아들이는 성질을 비금속성이라 하며, 수소(H)를 제외하고 비금속들은 주기율표의 오른쪽(14~18족)에 위치한다. 비금속 중에서는 17족 할로젠 원소들을 중심으로 성질을 공부하게 된다. 붕소(B)와 규소(Si)처럼 금속과 비금속의 중간적인 성질을 보이는 준금속 원소들도 존재한다.

주기율표에서 원자 반지름의 크기를 비교할 수 있다. 단, 18족은 제외한다. 전형원소에서 가장 왼쪽 아래로 갈수록 원자반지름은 증가하는 경향이 나타난다. 주기율표에서 가장 왼쪽 아래에 있는 원자번호 87번 프랑슘(Fr)의 반지름이 가장 크다. 반대로 1주기를 제외하고 반지름이 가장 작은 원자는 주기율표에서 가장 오른쪽 위에 있는 원자번호 9번 플루오린(F)이 된다.

전형원소, 전이원소???

전형원소라는 단어가 위에 제법 나온다. 주기율표에서 전형원소와 전이원소로 나눌 수 있는데, 전형원소는 1족, 2족, 13족에서 18족까지를 전형원소라 한다. 고등학교 교육과정에서는 전형원소를 중심으로 배우고 전이원소는 배우지 않는데, ‘같은 족은 화학적 성질이 비슷하다’ 등은 전형원소에서 나타나고 전이원소에서는 나타나지 않을 수도 있기 때문이다.

d 오비탈이나 f 오비탈에서 전자배치가 종료된 원소들을 전이원소라 한다. 주기율표에서 3족에서 12족이 전이원소에 속한다. 전이 원소는 (중)금속이며 철(Fe), 구리(Cu) 등 우리가 많이 알고 있는 금속 원소들이 포함되어 있다.

원자의 질량을 중심으로 출발한 한 주기율표는 발전을 거듭하는 과정에서 규칙적인 성질 및 금속과 비금속 원소들의 구분 등 다양한 규칙성을 설명할 수 있는 기본이 되었다. 화학적 성질 등을 이해가 필요하거나, 화학 분야의 학습 및 진로 계획이 있는 학생들에게 주기율표는 반드시 짚고 넘어가야 할 개념이다.

강신종 < 용화여고 교사 >