주기율

2. 주기율과 주기율표

[1] 주기율표

그림 7 원소의 주기율표와 주기율 요약

1. 원소의 주기적 성질

(1) 원자 반지름과 이온 반지름

그림 8 같은 주기에의 원자 반지름

1) 원자 반지름

A. 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 원자 반경은 작아진다.

1-7족까지 전자 껍질수는 일정한데 핵전하와 전자수가 증가하여 핵과 전자간의 인력이 증가하여 전자 껍질이 수축하므로 원자 반지름이 작아진다.

0족 원소는 안정한 전자 배치를 하고있으며 전자 껍질에 전자가 꽉 차므로 오히려 전자 사이의 반발력이 증가하여 원자 반지름이 커진다.

B. 같은 족에서 원자 번호가 클수록 원자 반경은 커진다.

원자 번호가 증가하며 주기 수가 증가하고 이에 따라 전자 껍질수가 증가하므로 원자 반경은 커진다.

2) 이온 반지름

A. 양이온

주로 금속원소의 이온으로 원자가전자(최외각전자)를 잃어서 형성된 이온이므로 전자를 잃음으로써 전자 껍질의 감소가 일어나 원자 보다 양이온의 반지름이 작다.

(A) 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 이온 반경은 작아진다.

같은 주기 원소의 양이온은 원자가전자를 잃었으므로 전자의 수가 같다. 따라서 전자수는 같고 원자번호가 증가하면 핵전하는 증가하여 전자와 핵과의 인력이 증가하므로 전자 껍질이 더욱 수축하여 원자 번호가 큰 원소의 양이온의 반경이 더 작아진다.

(B) 같은 족에서 원자 번호가 클수록 이온 반경은 커진다.

같은 족의 원소는 최외각전자의 수가 같으므로 양이온이 되면서 모두 1개의 전자껍질을 잃는다. 전자 껍질을 잃어도 원자 번호가 큰 원소의 이온이 전자 껍질수가 많아 원자 번호가 클수록 양이온 반경이 커진다.

B. 음이온

비금속 원소의 이온으로 최외각전자가 8개가되는 방향으로 전자를 받아서 형성된 이온이므로 핵전하는 그대로 있고 전자수만 증가하므로 전자간의 반발력이 증가하여 원자보다 음이온의 반지름은 커진다.

(A) 같은 주기에서 원자 번호가 클수록 이온 반경은 작아진다.

같은 주기에서 음이온은 전자를 얻어 최외각 전자수가 같아지며 원자 번호가 작은 음이온일수록 얻는 전자수가 증가하여 전자간의 반발력이 증가하므로 전자 껍질이 팽창하게 되어 원자 번호가 증가할수록 이온 반경이 작아진다.

(B) 같은 족에서 원자 번호가 클수록 이온 반경은 커진다.

같은 족의 원소는 전자를 얻어 최외각 전자수가 같게되고 전자 껍질의 수에는 변화가 없다. 따라서 원자 번호가 큰 원소의 이온이 전자 껍질수가 많아 원자 번호가 클수록 음이온 반경이 커진다.

(2) 이온화 에너지

1) 이온화 에너지란?

기체 상태의 물질 1mol에서 1mol의 전자를 떼어내는데 필요한 에너지

제1차 이온화 에너지 :

제2차 이온화 에너지 :

제3차 이온화 에너지 :

2) 제1차 이온화 에너지의 주기성

이온화 에너지는 원자핵과 전자 사이의 인력이 강할수록 전자 사이의 반발력이 작을수록 전자를 떼어내는데 필요한 에너지가 증가하기 때문에 증가한다.

A. 같은 주기에서 원자 번호가 증가할수록 대체로 증가하는 경향이 있다.

원자핵과 전자 사이의 인력이 증가하기 때문에 증가하는 경향을 보인다. 그러나 반드시 원자 번호가 크다고 이온화 에너지가 증가하는 것은 아니다.

예) 에서 원자 번호가 증가하는데도 불구하고 이온화 에너지가 감소하는 이유

▷ Be의 2s보다 B의 2p의 에너지가 높아 떨어지기 쉬워 B보다 Be가 이온화 에너지가 높다.

▷ N와 O는 모두 2p 오비탈에 전자가 채워져 있으나 N의 와 O의 를 비교하면 질소는 하나의 오비탈에 전자가 1개 들어있으나 산소는 2개가 들어 있어서 전자간의 반발력이 작용하여 산소의 의 전자가 떨어지기 쉬워 이온화 에너지는 산소가 작다.

▷ 같은 에너지 준위의 오비탈은 같은 형태의 전자 배치를 할 때 안정하다.

B. 같은 족에서 원자 번호가 증가할수록 감소한다.

같은 족에서는 원자 번호가 증가할수록 전자 껍질의 수가 증가하여 원자핵과 전자 사이의 인력이 감소하기 때문에 이온화 에너지가 감소한다.

3) 이온화 에너지와 원자가

원 자	전자배치			E₁	E₂	E₃	E₄
원 자	K	L	M	E₁	E₂	E₃	E₄
Na	2	8	1	496	4562	6912	9543
Mg	2	8	2	738	1451	7733	10540
Al	2	8	3	578	1817	2745	11577

에서 이온화 에너지가 급격히 증가하고 있다. 이것은 여기에서 안정한 전자 배치를 하기 때문에 인데, 바로 그 전까지의 전자가 원자가 전자이고 그 전자수만큼의 (+)이온이 되는 것이다. 즉, Na는 전자 1개를 잃고 +1가 이온이 되고, Mg는 전자 2개를 잃고 +2가 이온이 되고, Al는 전자 3개를 잃고 +3가 이온이 된다.

B. 가장 안정한 이온은 이다.

(A) 각 물질의 가장 안정한 염화물 :

(B) 각 물질의 가장 안정한 산화물 :

C. 각 원소의 가장 안정한 수소화합물

원자가전자수	1	2	3	4	5	6	7	0
제2주기원소	Li	Be	B	C	N	O	F	Ne
수 소 화 물								화합물을 만들지 않는다
결 합 모 양	직선	직선	삼각형	사면체	파라밋	굽은형	직선
수 소 화 물
제3주기원소	Na	Mg	Al	Si	P	S	Cl	Ar
수소원자수	1	2	3	4	3	2	1	0