주기율표 : 역사, 구조, 요소 - 화학

원소 주기율표는 지금까지 알려진 요소 (118)의 화학적 성질을 협의 할 수있는 수단이다. 화학 양 론적 계산을 수행하고, 요소의 물리적 특성을 예측하고, 분류하고, 모든 요소 중에서 주기적 특성을 찾을 때 필수적입니다.

원자핵이 양성자와 중성자를 추가함에 따라 원자는 더 무거워지며, 이는 또한 새로운 전자를 동반해야합니다. 그렇지 않으면 전기 중립성이 불가능합니다. 따라서 일부 원자는 수소처럼 매우 가볍고 다른 원자는 오가네 손처럼 매우 무겁습니다.

화학에서 그러한 마음은 누구에게 빚지고 있습니까? 1869 년 (거의 150 년 전)에 과학자 드미트리 멘델레예프는 10 년의 이론적 연구와 실험 끝에 당시 알려진 62 개의 원소를 구성하려는 시도로 최초의 주기율표를 발표했습니다.

이를 위해 Mendeleev는 화학적 특성에 의존하는 반면 Lothar Meyer는 원소의 물리적 특성에 따라 구성된 또 다른 주기율표를 발표했습니다.

처음에는 테이블에 "빈 공간"이 포함되어 있었는데 그 요소는 그 해에 알려지지 않았습니다. 그러나 Mendeleyev는 상당한 정확도로 몇 가지 속성을 예측할 수있었습니다. 이러한 요소 중 일부는 게르마늄 (에카-실리콘이라고 함)과 갈륨 (에카-알루미늄)이었습니다.

첫 번째 주기율표는 원자 질량에 따라 원소를 정렬했습니다. 이 순서는 원소의 화학적 특성에서 약간의 주기성 (반복 및 유사성)을 나타냅니다. 그러나 전이 원소는이 순서와 일치하지 않았고, 희가스도 마찬가지였습니다.

이 때문에 원자 질량 대신 원자 번호 (양성자 수)를 고려한 원소 순서가 필요했다. 여기에서 많은 저자들의 노력과 공헌과 함께 Mendeleev의 주기율표가 세련되고 완성되었습니다.

주기율표의 역사

집단

환경 (보다 정확하게는 자연)을 설명하기위한 기초로 요소를 사용하는 것은 고대부터 사용되어 왔습니다. 그러나 그 당시 그들은 물질의 단계와 상태로 언급되었으며 중세에서 언급되는 방식이 아닙니다.

고대 그리스인들은 우리가 살고있는 행성이 불, 흙, 물, 공기의 네 가지 기본 요소로 구성되어 있다고 믿었습니다.

반면 고대 중국에서 원소의 수는 5 개였고 그리스와 달리 공기를 제외하고 금속과 목재를 포함했습니다.

최초의 과학적 발견은 인을 발견 한 독일 Henning Brand에 의해 1669 년에 이루어졌습니다. 해당 날짜부터 모든 후속 항목이 기록되었습니다.

금과 구리와 같은 일부 원소는 인 이전에 이미 알려졌다는 점을 명확히 할 가치가 있습니다. 차이점은 등록 된 적이 없다는 것입니다.

기호

연금술사 (오늘날 화학자의 조상)는 별자리, 발견 자 및 발견 된 장소와 관련하여 요소에 이름을 부여했습니다.

1808 년 Dalton은 요소를 표현하기 위해 일련의 그림 (기호)을 제안했습니다. 나중에이 표기법은 새로운 요소가 등장함에 따라 Dalton의 모델이 더 복잡해 졌기 때문에 Jhon Berzelius (현재까지 사용)의 표기법으로 대체되었습니다.

계획 진화

화학 원소의 정보를 정리 한지도를 만들려는 첫 번째 시도는 19 세기 Döbereiner Triads (1817)에서 발생했습니다.

수년에 걸쳐 새로운 요소가 발견되어 현재 사용되는 모델에 도달 할 때까지 새로운 조직 모델이 발생했습니다.

Chancourtois의 텔루르 나사 (1862)

Alexandré-Émile Béguyer de Chancourtois는 나선형 그래프 (telluric screw)를 보여주는 종이 나선을 디자인했습니다.

이 시스템에서 원소는 원자량에 따라 오름차순으로 정렬됩니다. 유사한 항목은 세로로 정렬됩니다.

뉴 랜드의 옥타브 (1865)

Döbereiner의 작업을 계속하면서 영국의 John Alexander Reina Newlands는 원자량과 관련하여 화학 원소를 순서대로 배열하여 7 개 원소마다 특성이 유사하다는 점을 지적했습니다 (수소는 포함되지 않음).

멘델레예프의 테이블 (1869 년)

멘델레예프는 원자량과 관련하여 화학 원소를 순서대로 배열하여 속성이 유사한 동일한 열에 배치했습니다. 그는 미래에 새로운 원소의 출현을 예상하는 주기율표 모델에 공백을 남겼습니다.

고귀한 가스는 아직 발견되지 않았기 때문에 Mendeleev의 테이블에 나타나지 않습니다. 게다가 Mendeleiv는 수소를 고려하지 않았습니다.

Moseley의 주기율표 (현재 주기율표)-1913

Henry Gwyn Jeffreys Moseley는 원자 번호에 따라 주기율표의 화학 원소 순서를 제안했습니다. 즉, 양성자의 수를 기반으로합니다.

Moseley는 1913 년에 "주기법"을 발표했습니다. "원자 번호 순서로 원소를 배열하면 물리적 및 화학적 특성이주기적인 경향을 보입니다."

따라서 각 가로 행 또는 기간은 한 유형의 관계를 표시하고 각 열 또는 그룹은 다른 유형을 표시합니다.

어떻게 구성되어 있습니까? (구조 및 조직)

주기율표 파스텔에는 여러 가지 색상이 있음을 알 수 있습니다. 각 색상은 유사한 화학적 특성을 가진 요소를 연결합니다. 주황색, 노란색, 파란색, 보라색 열이 있습니다. 녹색 사각형 및 사과 녹색 대각선.

중간 열의 셀은 회색을 띠기 때문에 이러한 모든 요소에는 공통점이 있어야합니다. 즉, 절반 전체 d 궤도를 갖는 전이 금속이라는 것입니다.

같은 방식으로 보라색 사각형의 요소는 기체 물질에서 붉은 액체에서 단단한 흑자색 (요오드) 및 은회색 (아스타틴)으로 바뀌지 만 화학적 특성으로 인해 동질화됩니다. 이러한 특성은 원자의 전자 구조에 의해 결정됩니다.

주기율표의 구성과 구조는 임의적이지 않지만 요소에 대해 결정된 일련의 주기적 속성 및 값 패턴을 따릅니다. 예를 들어, 금속 문자가 테이블의 왼쪽에서 오른쪽으로 감소하면 오른쪽 상단 모서리의 금속 요소를 예상 할 수 없습니다.

미문

요소는 궤도의 에너지 수준에 따라 행 또는 주기로 배열됩니다. 4주기 이전에 원소들이 원자 질량의 증가 순서로 서로를 이어 갔을 때, 8 개마다 화학적 특성이 반복된다는 것이 발견되었습니다 (John Newlands의 옥타브 법칙).

전이 금속은 황 및 인과 같은 다른 비금속 원소로 주조되었습니다. 이러한 이유로, 양자 물리학 및 전자 구성의 입력은 현대 주기율표를 이해하는 데 필수적이었습니다.

에너지 껍질의 궤도는 일정 기간을 이동하면서 전자 (및 양성자와 중성자의 핵)로 채워집니다. 이 에너지 층은 크기 또는 원자 반경과 밀접한 관련이 있습니다. 따라서 상위 기간의 항목은 아래 항목보다 작습니다.

H와 He는 첫 번째 (기간) 에너지 수준에 있습니다. 네 번째 기간에 회색 사각형의 첫 번째 행; 여섯 번째 기간의 주황색 사각형 행. 후자는 추정되는 9 번째 기간에있는 것처럼 보이지만 실제로 Ba의 노란색 상자 바로 뒤인 6 번째 기간에 속합니다.

여러 떼

일정 기간을 거치면서 질량, 양성자 및 전자의 수가 증가하는 것으로 나타났습니다. 동일한 열 또는 그룹에서 질량과 양성자는 다르지만 원자가 껍질의 전자 수는 동일합니다.

예를 들어, 첫 번째 열 또는 그룹에서 H는 1s ¹ 궤도에 단일 전자를 가지고 있으며 , Li (2s ¹ ), 나트륨 (3s ¹ ), 칼륨 (4s ¹ ) 등은 francium까지 (7s ¹ ). 그 숫자 1은 원자가 전자가 거의 없기 때문에 그룹 1 (IA)에 속함을 나타냅니다. 각 항목은 다른 기간에 있습니다.

녹색 상자 수소를 세지 않고 그 아래의 원소는 주황색 상자이며 알칼리 금속이라고합니다. 어느 기간 에든 오른쪽에 또 하나의 상자는 그룹 또는 열 2입니다. 즉, 그 요소에는 두 개의 원자가 전자가 있습니다.

그러나 d 궤도에 대한 지식없이 오른쪽으로 한 단계 더 이동하면 붕소 그룹 (B) 또는 그룹 13 (IIIA)에 도달합니다. 그룹 3 (IIIB) 또는 스칸듐 (Sc) 대신. d 궤도의 채우기를 고려하면 회색 사각형의 기간 인 전이 금속을 통과하기 시작합니다.

양성자 수 대 원자가 전자

주기율표를 연구 할 때 원자 번호 Z 또는 핵의 총 양성자 수와 원자가 전자 수간에 혼동이 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 탄소는 Z = 6입니다. 즉, 6 개의 양성자가 있으므로 6 개의 전자가 있습니다 (그렇지 않으면 중성으로 하전 된 원자가 될 수 없습니다).

그러나 6 개의 전자 중 4 개는 원자가 입니다. 따라서 전자 구성은 2s ² 2p ² 입니다. 닫힌 껍질 의 두 개의 1s ² 전자 를 나타내며 이론적으로 화학 결합 형성에 참여하지 않습니다.

또한 탄소는 4 개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 "편리하게"주기율표의 그룹 14 (IVA)에 위치합니다.

탄소 아래의 원소 (Si, Ge, Sn, Pb 및 Fl)는 더 높은 원자 번호 (및 원자 질량)를 갖습니다. 그러나 그들은 모두 4 개의 원자가 전자를 공통으로 가지고 있습니다. 이것은 항목이 다른 그룹이 아닌 한 그룹에 속하는 이유를 이해하는 데 중요합니다.

주기율표의 요소

블록 s

방금 설명했듯이 그룹 1과 2는 s 궤도에 하나 또는 두 개의 전자를 갖는 것이 특징입니다. 이 궤도는 구형 기하학이며, 이러한 그룹 중 하나를 통해 내려갈 때 요소는 원자의 크기를 증가시키는 층을 얻습니다.

화학적 특성과 반응 방식에 강한 경향을 나타 내기 때문에 이러한 요소는 s 블록으로 구성됩니다. 따라서 알칼리 금속과 알칼리 토금속이이 블록에 속합니다. 이 블록 요소의 전자 구성은 ns (1s, 2s 등)입니다.

헬륨 원소는 테이블의 오른쪽 상단 모서리에 있지만 전자 구성은 1s ² 이므로이 블록에 속합니다.

블록 p

s 블록과 달리이 블록의 요소는 s 오비탈을 완전히 채우고 p 오비탈은 계속 전자로 채워집니다. 이 블록에 속하는 요소의 전자 구성은 ns ² np ^1-6 유형입니다 (p 궤도는 1 개 또는 최대 6 개의 전자를 채울 수 있음).

그렇다면 주기율표에서이 블록은 어디에 있습니까? 오른쪽 : 녹색, 보라색 및 파란색 사각형; 즉, 비스무트 (Bi) 및 납 (Pb)과 같은 비금속 원소 및 중금속.

붕소로 시작하여 전자 구성 ns ² np ¹ 을 사용하면 오른쪽에있는 탄소는 2s ² 2p ² 라는 또 다른 전자를 추가합니다 . 다음으로, 블록 p의 기간 2의 다른 원소의 전자 배열은 2s ² 2p ³ (질소), 2s ² 2p ⁴ (산소), 2s ² 2p ⁵ (불소) 및 2s ² 2p ⁶ (네온)입니다.

더 낮은 기간으로 내려 가면 에너지 레벨 3 : 3s ² 3p ^1-6 , 블록 p가 끝날 때까지 계속됩니다.

이 블록에 대한 가장 중요한 점은 4주기부터 해당 요소가 d 궤도 (오른쪽의 파란색 상자)를 완전히 채웠다는 것입니다. 즉, 블록 s는 주기율표의 왼쪽에 있고 블록 p는 오른쪽에 있습니다.

대표 요소

대표적인 요소는 무엇입니까? 그것들은 한편으로는 쉽게 전자를 잃거나 다른 한편으로는 원자가 옥텟을 완성하기 위해 획득하는 것들입니다. 즉, s 및 p 블록의 요소입니다.

그들의 그룹은 끝에 문자 A로 다른 그룹과 구별되었습니다. 따라서 IA에서 VIIIA까지 8 개의 그룹이있었습니다. 그러나 현재 현대 주기율표에서 사용되는 번호 체계는 전이 금속을 포함하여 1부터 18까지 아랍어입니다.

이러한 이유로 붕소 그룹은 IIIA 또는 13 (3 + 10)이 될 수 있습니다. 탄소 그룹, VAT 또는 14; 표 오른쪽 마지막에있는 불활성 가스, VIIIA 또는 18.

전이 금속

전이 금속은 회색 사각형의 모든 요소입니다. 기간 동안 d 궤도는 5 개이므로 10 개의 전자를 가질 수 있습니다. 이 궤도를 채우기 위해서는 10 개의 전자가 있어야하므로 10 개의 그룹 또는 열이 있어야합니다.

이전 번호 체계에서 각 그룹은 로마 숫자와 끝에 문자 B로 지정되었습니다. 첫 번째 그룹 인 스칸듐 그룹은 IIIB (3), 매우 유사한 반응성을 갖는 철, 코발트 및 니켈 VIIIB (8, 9 및 10), 아연 IIB (12)였습니다.

보시다시피 로마 숫자를 사용하는 것보다 아라비아 숫자로 그룹을 인식하는 것이 훨씬 쉽습니다.

내부 전이 금속

주기율표의 6주기를 기준으로 f 궤도는 에너지 적으로 이용 가능합니다. 이것들은 d 궤도보다 먼저 채워 져야합니다. 따라서 그 요소는 일반적으로 테이블이 너무 길어지지 않도록 분리되어 있습니다.

마지막 두 기간 인 주황색과 회색은 란타나 이드 (희토류) 및 악티늄 족이라고도하는 내부 전이 금속입니다. 채우기 위해 14 개의 전자가 필요한 7 개의 f 궤도가 있으므로 14 개의 그룹이 있어야합니다.

이러한 그룹이 주기율표에 추가되면 총 32 개 (18 + 14)가 있고 "긴"버전이 있습니다.

출처 : Wikimedia Commons의 Sandbh 작성

연 분홍색 줄은 란타 노이드에 해당하고 진한 분홍색 줄은 액티 노이드에 해당합니다. Lanthanum, La (Z = 57), 악티늄, Ac (Z = 89) 및 전체 f 블록은 스칸듐과 동일한 그룹에 속합니다. 왜? 스칸듐은 나머지 란타 노이드와 액티 노이드에 존재 하는 nd ¹ 궤도를 가지고 있기 때문 입니다.

La 및 Ac는 원자가 구성 5d ¹ 6s ² 및 6d ¹ 7s ^2를 갖습니다 . 두 행을 통해 오른쪽으로 이동하면 4f 및 5f 궤도가 채우기 시작합니다. 채워지면 lutetium, Lu 및 laurencio, Lr.

금속 및 비금속

주기율표의 케이크를 남겨두고 길쭉한 형태로도 상단 이미지의 케이크에 의지하는 것이 더 편리합니다. 현재 언급 된 대부분의 원소는 금속이었습니다.

실온에서 모든 금속은 은회색 (구리 및 금 제외)의 고체 물질 (액체 인 수은 제외)입니다. 또한 일반적으로 단단하고 광택이 있습니다. 블록 s의 것은 부드럽고 깨지기 쉽습니다. 이 원소들은 전자를 잃어 버리고 M ⁺ 양이온을 형성하기 쉽다는 특징이 있습니다.

란타 노이드의 경우 3 개의 전자 5d ¹ 6s ² 를 잃어 3가 M ³⁺ 양이온 (예 : La ³⁺ )이됩니다. 세륨은 4 개의 전자를 잃을 수 있습니다 (Ce ⁴⁺ ).

반면에 비금속 원소는 주기율표의 최소 부분을 구성합니다. 이들은 공유 결합 된 원자 (예 : 황 및 인)를 가진 기체 또는 고체입니다. 모두 블록 p에 있습니다. 보다 정확하게는 상단 부분에서 하단 기간으로 내려 가면 금속 특성 (Bi, Pb, Po)이 증가하기 때문입니다.

또한 비금속은 전자를 잃는 대신 전자를 얻습니다. 따라서 그들은 음이온 X를 형성합니다 ^- 할로겐은 -1 (그룹 17), 칼 코겐 -2 (그룹 16, 산소).

금속 가족

금속 내에는 서로를 구별하기위한 내부 분류가 있습니다.

-그룹 1의 금속은 알칼리성입니다.

-그룹 2, 알칼리 토금속 (Mr. Becambara)

-그룹 3 (IIIB) 스칸듐 패밀리. 이과는 그룹의 머리 인 스칸듐, 이트륨 Y, 란타늄, 악티늄 및 모든 란타 노이드와 악티 노이드로 구성됩니다.

-그룹 4 (IVB), 티타늄 계열 : Ti, Zr (지르코늄), Hf (하프늄) 및 Rf (루더 포듐). 그들은 얼마나 많은 원자가 전자를 가지고 있습니까? 대답은 당신의 그룹에 있습니다.

-그룹 5 (VB), 바나듐 계열. 그룹 6 (VIB), 크롬 계열. 그리고 아연 계열, 그룹 12 (IIB)까지 이어집니다.

메탈 로이드

금속성 문자는 오른쪽에서 왼쪽으로, 위에서 아래로 증가합니다. 그러나이 두 종류의 화학 원소 사이의 경계는 무엇입니까? 이 경계는 금속과 비금속의 특성을 모두 가진 메탈 로이드로 알려진 요소로 구성됩니다.

준 금속은 붕소로 시작하여 방사성 원소 아스타틴으로 끝나는 "사다리"의 주기율표에서 볼 수 있습니다. 이러한 요소는 다음과 같습니다.

-B : 붕소

-실리콘 : 예

-Ge : 게르마늄

-As : 비소

-Sb : 안티몬

-Te : 텔루르

-At : 아스타틴

이 7 가지 요소는 각각 화학적 환경이나 온도에 따라 달라지는 중간 특성을 나타냅니다. 이러한 특성 중 하나는 반도체입니다. 즉, 준 금속은 반도체입니다.

가스

지상 조건에서 기체 원소는 질소, 산소 및 불소와 같은 가벼운 비금속입니다. 또한 염소, 수소 및 희가스가이 분류에 속합니다. 이들 중 가장 상징적 인 것은 자유 원자처럼 반응하고 행동하는 경향이 낮기 때문에 고귀한 기체입니다.

후자는 주기율표의 그룹 18에서 발견되며 다음과 같습니다.

-헬리오, 그는

-네온, 네

-아르곤, Ar

-크립톤, Kr

-제논, Xe

-라돈, Rn

-그리고 가장 최근의 합성 희가스 오가네 손, Og.

모든 희가스는 공통적으로 원자가 구성 ns ² np ⁶ ; 즉, 전체 원자가 옥텟이 있습니다.

다른 온도에서 원소의 집합 상태

원소는 온도와 상호 작용의 강도에 따라 고체, 액체 또는 기체 상태입니다. 지구의 온도가 절대 영도 (0K) 정도로 냉각되면 모든 원소가 얼어 붙을 것입니다. 응축되는 헬륨을 제외하고.

이 극한 온도에서 나머지 가스는 얼음 형태가됩니다.

다른 극단에서 온도가 약 6000K이면 "모든"요소는 기체 상태가됩니다. 이러한 조건에서 말 그대로 금,은, 납 및 기타 금속 구름을 볼 수 있습니다.

용도 및 응용

주기율표는 그 자체로 항상 기호, 원자 질량, 구조 및 원소의 기타 속성을 참조하는 도구였으며 앞으로도 그럴 것입니다. 실험실 내부 및 외부의 많은 작업에서 하루의 순서 인 화학 양론 계산을 수행 할 때 매우 유용합니다.

뿐만 아니라 주기율표를 사용하면 동일한 그룹 또는 기간의 요소를 비교할 수 있습니다. 따라서 요소의 특정 화합물이 어떻게 될지 예측할 수 있습니다.

산화물 공식 예측

예를 들어, 알칼리 금속 산화물의 경우 단일 원자가 전자를 가지므로 원자가가 +1이므로 산화물의 공식은 M ₂ O 유형일 것으로 예상되며 이는 산화물로 확인됩니다. 수소, 물, H ₂ O. 또한 나트륨, Na ₂ O 및 칼륨 의 산화물 , K ₂ O.

다른 그룹의 경우 산화물은 일반 식 M ₂ O _n을 가져야합니다 . 여기서 n은 그룹 번호와 같습니다 (요소가 블록 p에서 가져온 경우 n-10 계산). 따라서 그룹 14에 속하는 탄소는 CO ₂ (C ₂ O _4/2 )를 형성합니다. 황, 그룹 16, SO ₃ (S ₂ O _6/2 ); 및 질소, 그룹 15로부터 N ₂ O ₅ .

그러나 이것은 전이 금속에는 적용되지 않습니다. 철은 비록 8 족에 속하더라도 8 개의 전자를 잃을 수없고 2 개 또는 3 개를 잃지 않기 때문이다. 따라서 공식을 외우는 대신 각 원소의 원자가에주의를 기울이는 것이 더 중요하다.

원소의 원자가

주기율표 (일부)는 각 원소의 가능한 원자가를 보여줍니다. 이를 알면 화합물의 명명법과 그 화학식을 미리 추정 할 수 있습니다. 위에서 언급했듯이 원자가는 그룹 번호와 관련이 있습니다. 모든 그룹에 적용되는 것은 아닙니다.

원자가는 원자의 전자 구조와 원자가 실제로 얻거나 잃을 수있는 전자에 더 많이 의존합니다.

원자가 전자의 수를 알면이 정보에서 화합물의 루이스 구조로 시작할 수도 있습니다. 따라서 주기율표를 통해 학생과 전문가는 구조를 스케치하고 가능한 기하학 및 분자 구조를 조사 할 수 있습니다.

디지털 주기율표

오늘날의 기술은 주기율표를 더 다양하게 사용할 수있게하고 모든 사람에게 더 많은 정보를 제공 할 수있게했습니다. 그들 중 일부는 각 요소의 눈에 띄는 삽화와 주요 용도에 대한 간략한 요약을 제공합니다.

당신이 그들과 상호 작용하는 방식은 그들의 이해와 연구를 가속화합니다. 주기율표는 눈을 즐겁게하고 탐색하기 쉬운 도구 여야하며 화학 원소를 아는 가장 효과적인 방법은 주기율표를 기간에서 그룹으로 이동하는 것입니다.

주기율표의 중요성

오늘날 주기율표는 원소의 상세한 관계로 인해 화학에서 가장 중요한 구성 도구입니다. 그것의 사용은 화학 및 공학 분야에 전념하는 연구원 및 많은 전문가뿐만 아니라 학생과 교사 모두에게 필수적입니다.

주기율표를 보는 것만으로도 다음과 같은 엄청난 양과 정보를 빠르고 효율적으로 얻을 수 있습니다.

-리튬 (Li), 베릴륨 (Be) 및 붕소 (B)는 전기를 전도합니다.

-리튬은 알칼리 금속, 베릴륨은 알칼리 토금속, 붕소는 비금속입니다.

-리튬이 가장 좋은 전도체는 베릴륨, 마지막으로 붕소 (반도체) 순입니다.

따라서 주기율표에서 이러한 요소를 배치하면 전기 전도도 경향을 즉시 확인할 수 있습니다.

참고 문헌

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주기율표 : 역사, 구조, 요소 - 화학 - 2026