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주기율
(1) 원소의 분류와 주기율
1) 원소의 주기율(Periodic Law)
원소를 원자번호 순으로 나열할 때 성질이 비슷한 원소가 일정한 간격을 두고 주기적으로 나타나는 현상. 예) 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs
① 뉴랜드 : 옥타브의 법칙 (1863) 발표
- 원소를 원자량 순으로 나열하면 여덟 번째마다 성질이 비슷한 원소가 나타난다.
1
2
3
4
5
6
7
8
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
② 멘델레예프의 주기율표(1869)
ㄱ) 그 때까지 발견된 63종의 원소를 원자량 순으로 나열하여 주기율 발견.
ㄴ) 최초의 주기율표를 만들고(p120 그림) 미발견원소의 성질 예언.
ㄷ) 원자량 순서와 원소의 성질이 일치하지 않는 곳이 있음.
(예) 18Ar(39.9)과 19K(39.1) , 27Co(58.93)와 28Ni(58.70) 등
③ 모즐리(1923)
ㄱ) 멘델레예프의 주기율표에서 원소의 성질이 일치하지 않는 곳을 해결.
ㄴ) ×-선 연구로 원자번호를 정확히 결정함
ㄷ) 원자번호 순으로 나열한 현재의 주기율표 완성.
2) 주기율표(Periodic Table)
1) 주기율표의 구성
① 주기(Period)
․주기율표의 가로줄로 1～7주기까지 있다.
․같은 주기 원소들은 ( )의 수가 같다.
주기
전자껍질
원소수
1
K
2개 (1H ～ 2He)
2
K, L
8 ( )
3
K, L, M
8 (11Na ～18Ar)
4
K, L, M, N
18 ( )
5
K, L, M, N, O
18 ( )
6
K, L, M, N, O, P
32 ( )
7
K, L, M, N, O, P, Q
17 ( )
② 족(group, family)
․주기율표의 세로줄로 1～18족까지 있다.
․같은 족의 원소들(동족원소)은 ( )의 수가 같고 화학적 성질이 비슷하다.
2) 주기율표와 전자배치
족
1
2
3～12
(4, 5주기)
13
14
15
16
17
18
오비탈구분
s오비탈 원소
d오비탈원소
p오비탈원소
최외각전자배치
ns1
ns2
ns1～2[(n-1)d1～10]
ns2np1
ns2np2
ns2np6
최외각전자수
1
1 ～ 2
8
3) 원소의 분류
가)전형원소와 전이원소
① 전형원소(typical elements, representative elements)
ㄱ) 1, 2, 12～18족의 원소들로 마지막에 s, p 오비탈에 전자가 배치된다.
ㄴ) 족에 따른 성질이 명확하다.
ㄷ) 최외각전자의 수 =
족
1
2
13
14
15
16
17
18
족의 이름
알칼리토금속
알루미늄족
탄소족
질소족
산소족
② 전이원소(transition elements)
ㄱ) 3～11족의 원소들로 4주기부터 나타나며 전자배치가 다소 불규칙하고 완전히 채워지지 않는
d나 f 오비탈(란탄, 악티늄족)을 가진다.
ㄴ) 최외각전자의 수가 1～2개로 거의 일정하여 족에 따른 성질이 명확하지 않고 성질이 비슷함
ㄷ) 녹는점과 끓는점이 높고 밀도가 큰 중금속원소들로 촉매로 많이 사용되며 화합물이나 이온 은 색을 띠는 것이 많다.
ㄹ) 대개 +2가의 이온으로 존재하나 최외각의 s오비탈 외에 d오비탈의 전자도 화학반응에 관여 하므로 이온의 전하가 다양하다.(Mn2+～7+, Cr3+, Cu+, Fe3+ 등)
<전이원소의 전자배치>
원소
21Sc
22Ti
23V
24Cr
25Mn
26Fe
27Co
28Ni
29Cu
전자배치
[Ar]4s23d1
～4s13d5
～4s13d10
최외각전자수
나) 금속과 비금속
① 금속 -
예)
② 비금속-
예)
③ 양쪽성원소-산, 염기와 모두 반응하는 원소. 수산화물과 산화물도 양쪽성물질임
예) Al, Zn, Sn, Pb
위치
전도성
이온형
상태
끓는점,녹는점
산화물
금속
비금속
※ 양쪽성원소-화학적으로 금속과 비금속의 성질 공유.
준금속-물리적으로 금속과 비금속의 성질 공유. 반도체에 이용. 예) Ge, Sn, Bi, Ga, In
(2) 원소의 주기적 성질
1) 녹는점
① 한 주기 내에서 원소의 녹는점은 원자번호가 증가함에 따라 높아졌다가 낮아지는 현상이 반복.
② 2, 3주기 원소에서는 1-14족까지 차차 증가하여 ( )족에서 최대이며 그 후로 점차 감소하
다가 ( )족에서 가장 낮다.
③ 4～6주기에서는 6족( , , )에서 최대.
※ 끓는점, 밀도, 그램원자부피(몰부피) 등의 성질도 원자번호의 증가에 따라 주기적 변화를 보임
2) 원자반지름
① 원자반지름의 정의-같은 두 원자끼리 결합하였을 때 원자핵사이의 거리(결합길이-p161)의 반 ② 입자의 반지름에 영향을 주는 요인
ㄱ) 전자껍질수(또는 전자수=원자번호)가 많을수록 전자사이의 반발력 때문에 반지름 증가.
ㄴ) 핵전하(=양성자수=원자번호)가 클수록 핵과 전자간의 인력이 증가하여 반지름이 감소.
③ 주기율표의 같은 족에서는 원자번호가 클수록 (전자껍질수)의 수가 증가하므로 원자반지름은 증가한다. 예) 1족원소:
④ 주기율표의 같은 주기에서는 원자번호가 증가하면 전자껍질의 수는 같은데 핵전하가 (증가 ) 하므로 전자에 대한 인력이 ( 증가 )하여 반지름이 감소한다.
예) 2주기원소:
* 단, 18족 원자는 반지름 측정방법의 차이로 예외.
[문제] 반지름: Na( )Mg( )Al, F( )Cl( )Br, O2-( )F-, K+( )Ca2+
3) 이온화에너지
① 이온화에너지- 기체 상태의 원자 1몰에서 전자를 떼어 양이온으로 만드는데 필요한 최소의
에너지. 예) 나트륨의 이온화에너지는 494kJ/몰 즉, Na(g) + 494kJ → Na+(g) + e-
② 이온화에너지가 작을수록 ( 양이온 )으로 되기 쉬우며 금속성이 큰 원소이다.
③ 대개 반지름이 클수록 핵에서 전자를 끄는 힘이 작으므로 이온화에너지는 작다.
④ 같은 족에서는 원자번호가 클수록 감소하며, 같은 주기에서는 원자번호가 클수록 대체로 증가 한다. ( 1 족)원소가 가장 이온화에너지가 작으며 ( 18 족) 원소가 가장 크다.
⑤ 순차적 이온화에너지
ㄱ) 원자에서 전자를 차례로 한 개씩 떼어낼 때 단계마다의 이온화에너지.
M(g) + E1 → M+(g) + e-
M+(g) + E2 → M2+(g) + e- (반지름은 M>M+>M2+>M3+>…이므로 E1<E2<E3…)
M2+(g) + E3 → M3+(g) + e-
ㄴ) 최외각전자가 모두 떨어져 나간 후 전자껍질이 바뀌는 단계의 이온화에너지는 급격히 증가 하므로 순차적이온화에너지의 값을 보면 최외각전자수를 알 수 있다.
(예제) 다음 등전자이온들의 반지름 및 전자 1개를 떼어내는데 필요한 에너지의 값을 비교하시오.
① 8O2- ② 9F- ③ 11Na+ ④ 12Mg2+ ⑤13Al3+
4) 전자친화도
① 전자친화도의 정의
기체 상태의 중성 원자 1몰이 전자를 얻어 음이온이 될 때 방출되는 에너지.
X(g) + e- → X-(g) + QkJ 에서 X의 전자친화도는 Q (kJ/mol )
․Q>0이면 발열반응이고 그 값이 클수록 음이온으로 되기 쉽다.
․Q<0이면 흡열반응이므로 음이온이 되기 어렵다.
예) S(g) + e- → S-(g) + 200kJ
즉, S의 전자친화도는 200 kJ/mol
② 대체로 비금속성이 클수록 전자친화도는 크다.
․전자친화도가 큰 원소-17족원소(Cl >F>Br>I)
․전자친화도가 작은 원소-18, 1, 2족 원소
(3) 원소들의 규칙적인 성질
1) 제 2, 3주기 원소의 주기적 성질
족
1
2
13
14
15
16
17
18
2주기 원소
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3주기 원소
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
원자가전자수
이온의 전하
녹는점
이온화에너지
금속과 비금속성
전자친화도
원자반지름
화합물의 액성
* 같은 주기에서 원자번호에 따른 원소의 주기적 성질을 그래프로 나타내어보자.
2) 제 2, 3 주기 원소의 산화물과 그 수용액의 성질
족
1
2
13
14
15
16
17
2주기
Li2O
BeO
B2O3
CO, CO2
N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5
OF2
3주기
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P4O10
SO2, SO3
Cl2O5, Cl2O7등
수용성
잘녹음
잘 녹지 않음
잘 녹지 않음
CO2만 조금 녹음
몇 가지만 녹음
잘 녹음
잘 녹음
수용액
LiOH
NaOH
Be(OH)2
Mg(OH)2
H3BO3
Al(OH)3
H2CO3,
H2SiO3
HNO₃
H3PO4
H2SO3
H2SO4
HCIO3
HCIO4
액성
염기성이 강해짐 ⇦---------------------------⇨ 산성이 강해짐
3) 알칼리금속과 할로겐의 성질
주기율
(1) 원소의 분류와 주기율
1) 원소의 주기율(Periodic Law)
원소를 원자번호 순으로 나열할 때 성질이 비슷한 원소가 일정한 간격을 두고 주기적으로 나타나는 현상. 예) 3Li 11Na 19K 37Rb 55Cs
① 뉴랜드 : 옥타브의 법칙 (1863) 발표
- 원소를 원자량 순으로 나열하면 여덟 번째마다 성질이 비슷한 원소가 나타난다.
1
2
3
4
5
6
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8
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
② 멘델레예프의 주기율표(1869)
ㄱ) 그 때까지 발견된 63종의 원소를 원자량 순으로 나열하여 주기율 발견.
ㄴ) 최초의 주기율표를 만들고(p120 그림) 미발견원소의 성질 예언.
ㄷ) 원자량 순서와 원소의 성질이 일치하지 않는 곳이 있음.
(예) 18Ar(39.9)과 19K(39.1) , 27Co(58.93)와 28Ni(58.70) 등
③ 모즐리(1923)
ㄱ) 멘델레예프의 주기율표에서 원소의 성질이 일치하지 않는 곳을 해결.
ㄴ) ×-선 연구로 원자번호를 정확히 결정함
ㄷ) 원자번호 순으로 나열한 현재의 주기율표 완성.
2) 주기율표(Periodic Table)
1) 주기율표의 구성
① 주기(Period)
․주기율표의 가로줄로 1～7주기까지 있다.
․같은 주기 원소들은 ( )의 수가 같다.
주기
전자껍질
원소수
1
K
2개 (1H ～ 2He)
2
K, L
8 ( )
3
K, L, M
8 (11Na ～18Ar)
4
K, L, M, N
18 ( )
5
K, L, M, N, O
18 ( )
6
K, L, M, N, O, P
32 ( )
7
K, L, M, N, O, P, Q
17 ( )
② 족(group, family)
․주기율표의 세로줄로 1～18족까지 있다.
․같은 족의 원소들(동족원소)은 ( )의 수가 같고 화학적 성질이 비슷하다.
2) 주기율표와 전자배치
족
1
2
3～12
(4, 5주기)
13
14
15
16
17
18
오비탈구분
s오비탈 원소
d오비탈원소
p오비탈원소
최외각전자배치
ns1
ns2
ns1～2[(n-1)d1～10]
ns2np1
ns2np2
ns2np6
최외각전자수
1
1 ～ 2
8
3) 원소의 분류
가)전형원소와 전이원소
① 전형원소(typical elements, representative elements)
ㄱ) 1, 2, 12～18족의 원소들로 마지막에 s, p 오비탈에 전자가 배치된다.
ㄴ) 족에 따른 성질이 명확하다.
ㄷ) 최외각전자의 수 =
족
1
2
13
14
15
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18
족의 이름
알칼리토금속
알루미늄족
탄소족
질소족
산소족
② 전이원소(transition elements)
ㄱ) 3～11족의 원소들로 4주기부터 나타나며 전자배치가 다소 불규칙하고 완전히 채워지지 않는
d나 f 오비탈(란탄, 악티늄족)을 가진다.
ㄴ) 최외각전자의 수가 1～2개로 거의 일정하여 족에 따른 성질이 명확하지 않고 성질이 비슷함
ㄷ) 녹는점과 끓는점이 높고 밀도가 큰 중금속원소들로 촉매로 많이 사용되며 화합물이나 이온 은 색을 띠는 것이 많다.
ㄹ) 대개 +2가의 이온으로 존재하나 최외각의 s오비탈 외에 d오비탈의 전자도 화학반응에 관여 하므로 이온의 전하가 다양하다.(Mn2+～7+, Cr3+, Cu+, Fe3+ 등)
<전이원소의 전자배치>
원소
21Sc
22Ti
23V
24Cr
25Mn
26Fe
27Co
28Ni
29Cu
전자배치
[Ar]4s23d1
～4s13d5
～4s13d10
최외각전자수
나) 금속과 비금속
① 금속 -
예)
② 비금속-
예)
③ 양쪽성원소-산, 염기와 모두 반응하는 원소. 수산화물과 산화물도 양쪽성물질임
예) Al, Zn, Sn, Pb
위치
전도성
이온형
상태
끓는점,녹는점
산화물
금속
비금속
※ 양쪽성원소-화학적으로 금속과 비금속의 성질 공유.
준금속-물리적으로 금속과 비금속의 성질 공유. 반도체에 이용. 예) Ge, Sn, Bi, Ga, In
(2) 원소의 주기적 성질
1) 녹는점
① 한 주기 내에서 원소의 녹는점은 원자번호가 증가함에 따라 높아졌다가 낮아지는 현상이 반복.
② 2, 3주기 원소에서는 1-14족까지 차차 증가하여 ( )족에서 최대이며 그 후로 점차 감소하
다가 ( )족에서 가장 낮다.
③ 4～6주기에서는 6족( , , )에서 최대.
※ 끓는점, 밀도, 그램원자부피(몰부피) 등의 성질도 원자번호의 증가에 따라 주기적 변화를 보임
2) 원자반지름
① 원자반지름의 정의-같은 두 원자끼리 결합하였을 때 원자핵사이의 거리(결합길이-p161)의 반 ② 입자의 반지름에 영향을 주는 요인
ㄱ) 전자껍질수(또는 전자수=원자번호)가 많을수록 전자사이의 반발력 때문에 반지름 증가.
ㄴ) 핵전하(=양성자수=원자번호)가 클수록 핵과 전자간의 인력이 증가하여 반지름이 감소.
③ 주기율표의 같은 족에서는 원자번호가 클수록 (전자껍질수)의 수가 증가하므로 원자반지름은 증가한다. 예) 1족원소:
④ 주기율표의 같은 주기에서는 원자번호가 증가하면 전자껍질의 수는 같은데 핵전하가 (증가 ) 하므로 전자에 대한 인력이 ( 증가 )하여 반지름이 감소한다.
예) 2주기원소:
* 단, 18족 원자는 반지름 측정방법의 차이로 예외.
[문제] 반지름: Na( )Mg( )Al, F( )Cl( )Br, O2-( )F-, K+( )Ca2+
3) 이온화에너지
① 이온화에너지- 기체 상태의 원자 1몰에서 전자를 떼어 양이온으로 만드는데 필요한 최소의
에너지. 예) 나트륨의 이온화에너지는 494kJ/몰 즉, Na(g) + 494kJ → Na+(g) + e-
② 이온화에너지가 작을수록 ( 양이온 )으로 되기 쉬우며 금속성이 큰 원소이다.
③ 대개 반지름이 클수록 핵에서 전자를 끄는 힘이 작으므로 이온화에너지는 작다.
④ 같은 족에서는 원자번호가 클수록 감소하며, 같은 주기에서는 원자번호가 클수록 대체로 증가 한다. ( 1 족)원소가 가장 이온화에너지가 작으며 ( 18 족) 원소가 가장 크다.
⑤ 순차적 이온화에너지
ㄱ) 원자에서 전자를 차례로 한 개씩 떼어낼 때 단계마다의 이온화에너지.
M(g) + E1 → M+(g) + e-
M+(g) + E2 → M2+(g) + e- (반지름은 M>M+>M2+>M3+>…이므로 E1<E2<E3…)
M2+(g) + E3 → M3+(g) + e-
ㄴ) 최외각전자가 모두 떨어져 나간 후 전자껍질이 바뀌는 단계의 이온화에너지는 급격히 증가 하므로 순차적이온화에너지의 값을 보면 최외각전자수를 알 수 있다.
(예제) 다음 등전자이온들의 반지름 및 전자 1개를 떼어내는데 필요한 에너지의 값을 비교하시오.
① 8O2- ② 9F- ③ 11Na+ ④ 12Mg2+ ⑤13Al3+
4) 전자친화도
① 전자친화도의 정의
기체 상태의 중성 원자 1몰이 전자를 얻어 음이온이 될 때 방출되는 에너지.
X(g) + e- → X-(g) + QkJ 에서 X의 전자친화도는 Q (kJ/mol )
․Q>0이면 발열반응이고 그 값이 클수록 음이온으로 되기 쉽다.
․Q<0이면 흡열반응이므로 음이온이 되기 어렵다.
예) S(g) + e- → S-(g) + 200kJ
즉, S의 전자친화도는 200 kJ/mol
② 대체로 비금속성이 클수록 전자친화도는 크다.
․전자친화도가 큰 원소-17족원소(Cl >F>Br>I)
․전자친화도가 작은 원소-18, 1, 2족 원소
(3) 원소들의 규칙적인 성질
1) 제 2, 3주기 원소의 주기적 성질
족
1
2
13
14
15
16
17
18
2주기 원소
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
3주기 원소
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
원자가전자수
이온의 전하
녹는점
이온화에너지
금속과 비금속성
전자친화도
원자반지름
화합물의 액성
* 같은 주기에서 원자번호에 따른 원소의 주기적 성질을 그래프로 나타내어보자.
2) 제 2, 3 주기 원소의 산화물과 그 수용액의 성질
족
1
2
13
14
15
16
17
2주기
Li2O
BeO
B2O3
CO, CO2
N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5
OF2
3주기
Na2O
MgO
Al2O3
SiO2
P4O10
SO2, SO3
Cl2O5, Cl2O7등
수용성
잘녹음
잘 녹지 않음
잘 녹지 않음
CO2만 조금 녹음
몇 가지만 녹음
잘 녹음
잘 녹음
수용액
LiOH
NaOH
Be(OH)2
Mg(OH)2
H3BO3
Al(OH)3
H2CO3,
H2SiO3
HNO₃
H3PO4
H2SO3
H2SO4
HCIO3
HCIO4
액성
염기성이 강해짐 ⇦---------------------------⇨ 산성이 강해짐
3) 알칼리금속과 할로겐의 성질
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