주기율표와 원자의 주기성, 유효핵전하, 원자반지름, 이온화에너지, 전자친화도, 전기음성도

 

주기율표 

 : 110종의 원소를 원자 번호 순서에 따라서 배열한 표입니다. 7주기, 18족으로 분류하고 있습니다. 대부분의 원소는 원자량 순서대로 원소를 배열하여도 현대의 주기율표에서의 원소 배열 순서와 잘 일치하지만, (Ar, K), (Te, I) 등 몇 가지 원소 순서와 일치하지 않습니다.

 - 주기 : 전자껍질수가 같은 원소들을 원자 번호 순서에 따라 같은 행(가로줄)에 오도록 배열한 것입니다.

 - 족 : 원자가 전자가 같은 원소들을 원자 번호 순서에 따라 같은 열(세로줄)에 오도록 배열한 것입니다.

 - 주족원소 : d오비탈 또는 f오비탈에 전자가 없거나 완전히 채워진 원소입니다. 1,2,13~18족 원소입니다.

 - 1족 원소 = 알칼리 금속(H제외)

 : 매우 반응성이 높아 다른 비금속과 반응하여 쉽게 +1의 전하를 띠는 양이온을 형성합니다.

 - 2족 원소 = 알칼리 토금속

 : 비금속과 반응하여 +2의 전하를 띠는 양이온을 형성합니다.

 - 16족 원소 : 칼코젠

 : 알칼리 금속과 2:1의 비, 알칼리 토금속과 1:1로 결합하여 화합물을 만듭니다.

 - 17족 원소 : 할로겐(족) 원소

 : 이원자 분자를 형성하며, 금속과 반응하여 -1의 전하를 띠는 음이온을 형성합니다.

 - 18족 원소 : 영족(기체) 원소

 : 일반적으로 단원자 기체로 존재하고, 화학적 반응성은 거의 없습니다.

 - 전이원소 : d오비탈 또는 f오비탈에 전자가 부분적으로 채워진 원소로 3족~ 12족 원소를 말합니다. 12족 원소는 d오비탈에 전자가 완전히 채워져 있습니다.

 

금속 원소 vs 비금속 원소

 : 13족의 B, Al을 기준으로 계단식으로 잘라 왼쪽은 금속, 오른쪽은 비금속입니다. 쉽게 14족을 기준으로 왼쪽은 금속, 오른쪽은 비금속으로 생각하면 됩니다.

 금속은 전자를 잃고 양이온이 되기 쉬운 원소입니다.

 비금속은 전자를 얻어음이온이 되기 쉬운 원소입니다.

 

 

원소의 주기성

 

 1. 유효핵전하

 - 원자가전자가 느끼는 핵전하 값

 - 실제 핵전하에 가리움 효과를 고려한 것

 - 같은 주기에서 원자 번호가 커질수록 유효 핵전하가 증가합니다.

 - 전자 껍질수가 증가하면서 유효 핵전하가 급격하게 감소합니다.

 - 일반적으로 같은 족에서 원자 번호가 클수록 유효 핵전하가 큽니다.

 

 가리움 효과 : 원자가전자를 생각해 보면 원자가 전자는 원자의 마지막 껍질에 있는 원자입니다. 원자핵과 원자가 전자 사이에는 원자핵과 더 가까운 껍질에 전자들이 존재합니다. 원자가 전자와 같은 껍질에 다른 전자도 돌고 있습니다. 원자핵과 원자가전자 사이의 인력이 다른 전자들에 의해 방해받게 되면서 핵의 영향력을 온전히 받지 못하는 현상입니다. 

 전자 간의 반발력이 비정상적으로 증가하면 핵과 전자 간의 인력이 쉽게 극복할 수 있습니다.

 

2. 원자 반지름

 - 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 핵의 양성자수가 증가하므로 원자 반지름은 감소합니다.

 - 같은 족에서 원자 번호가 감소할수록 전자껍질수가 감소하므로 원자 반지름이 감소합니다.

 - 알칼리 금속 원소는 비정상적으로 원자 반지름이 매우 큽니다.

 - 전이 금속 원소는 d오비탈에 전자가 쌍을 형성하면서 반발력이 증가하고 12족 원소에서 비정상적으로 원자 반지름이 큽니다.

 

3. 이온 반지름

 - 알칼리 금속은 전자를 잃고 +1가의 양이온이 되고 알칼리 토금속은 전자를 2개 잃고 +2가의 양이온이 되면, 전자껍질수 감소에 의해 원자 반지름에 비해 평균적으로 1/2 수준으로 감소합니다.

 - 산소족 원소는 전자를 2개 얻어 -2가의 음이온이 되고, 할로겐 원소는 전자를 한 개 얻어 -1가의 음이온이 되면, 전자 간 반발력 증가에 의해 원자 반지름에 비해 평균적으로 2배 수준으로 증가합니다.

 

 

4. 이온화 에너지

 : 중성 기체 상태의 원자 1몰에서 전자 1몰을 떼어내는데 필요한 에너지입니다.

 핵과 전자 간의 알짜 인력을 극복하고 전자를 떼어내는데 필요한 에너지 또는 에너지의 척도입니다.

 - 핵과 자신의 원자가 전자 간 알짜 인력의 정도를 에너지값으로 나타낸 것입니다.

 1) 주기율표에서의 이온화 에너지의 경향성

 - 같은 주기에서 원자번호가 커질수록 이온화 에너지가 증가합니다.

 - 같은 족에서 원자 번호가 작아질수록 이온화 에너지가 증가합니다.

 2) 순차적 이온화 에너지

 : 중성 기체 상태에서 전자를 차례대로 떼어낼 때, 각 단계에서의 이온화 에너지입니다.

 2차 이온화 에너지가 1차 이온화 에너지보다 큽니다. 이온화 에너지는 전자를 떼어내면서 원자핵과 더 가까운 또는 같은 껍질에 있는 전자의 방해가 적은 전자를 제거하면서 이온화 에너지가 커집니다. 3차 이온화 에너지는 2차 이온화 에너지보다 큽니다.

3) 순차적 이온화 에너지에 영향을 미치는 요인

 - 가리움 효과

 - 전자 껍질수의 감소 : 전자껍질수가 적으면 핵과 전자 가의 거리가 가까워 핵과 전자 간의 인력이 크게 증가합니다.

 순차적 이온화 에너지의 경향을 보면, 화학종의 원자가 전자수를 가늠할 수 있습니다. 같은 화학종의 이온화 에너지값의 차이가 200% 이상 차이가 나면 전자껍질의 변동에 의한 것으로 판단합니다.

4) 경향성에서 벗어나는 워노

 - 같은 주기에서 13족, 16족, 1족 원소가 경향서에서 벗어납니다. 

 13족 : 전자 부껍질(= 부양자수) 변화로 인한 벗어남 발생합니다.

 16족 : 전자 쌍이 생성되면서 전자 간 반발력 효과로 인한 벗어남이 일어납니다.

 1족 : 전자 껍질(= 주양자수) 변화로 인한 벗어남이 발생합니다. 이는 원자 번호가 증가하지만, 전자껍질수가 증가하면서 핵과 원자가전자 간 평균 거리가 멀어짐을 의미합니다.

 

전자친화도

 : 중성 기체 상태의 원자 1몰에 전자 1몰을 첨가할 때 발생하는 에너지입니다.

 핵과 첨가되는 전자 간의 알짜 인력의 척도를 에너지값으로 나타낸 것입니다.

 1) 영향을 미치는 인자

 - 핵의 양성자수

 - 전자껍질수

 - 전자 간 반발력

 2) 경향성

 - 같은 주기에서 원자번호가 커질수록 양성자수가 증가하면서 전자 친화도도 증가합니다.

 - 같은 족에서 원자번호가 작아질수록 전자껍질수가 적어지면서 전자 친화도가 증가합니다.

 

전기음성도

 : 화학결합하는 분자에서 한 원소가 원자가 전자쌍(= 공유 전자쌍)을 자신에게로 끌어당기는 능력입니다.

 - 핵과 공유 전자쌍 간의 인력의 척도를 에너지 값으로 나타낸 것입니다.

 1) 경향성

 - 같은 주기에서 원자번호가 커질수록 양성자수가 증가하며 전기음성도가 증가합니다.

 - 같은 족에서 원자 번호가 작아질수록 전자껍질수가 작아져서 전기 음성도가 증가합니다.