주기율표에 대한 소개 및 화합물의 명칭법

우리가 주로 학교나 학원에 가면 과학실이나 교실 뒷면에 여러 화학 기호가 쓰여있는 복잡한 표를 보았을 것이다. 보통 이러한 표인 주기율표는 화학 강의실이나 실험실에 붙어있는 경우를 많이 볼 수 있다. 이 주기율표에는 현재까지 알려진 모든 원소가 쓰여있으며, 실제로 지구상에 존재하는 원소만 아니라 과학자들이 인위적으로 만들어낸 원소들까지도 적혀있다. 이 주기율표는 단지 원소를 나열하는 용도만이 아니라 각 원소에 대한 많은 정보를 담고 있는 인상적인 도표이다. 화학을 주기율표의 유용성은 점점 올라갈 것이다.



대부분 한 번쯤은 보았을 거라 생각하고 사진은 생략하고 설명을 이어가겠다. 표를 보면 네모 속의 글자는 원소기호이며 원소기호의 약자는 현재 사용 중인 원소 이름이나 원소의 초기 이름으로부터 따온 것이다. 또한 표에는 원소기호마다 숫자가 적혀있는데 그것은 그 원소의 원자번호이다. 예를 들어 산소는 원자번호가 8이고, 갈륨은 31, 루비듐은 37번이다. 



주기율표에 적혀있는 대부분의 원소는 금속인데, 금속은 열과 전기전도성이 높고, 전성(펴짐 성)과 연성(뽑힘성)이 높으며 주로 광택을 띠고(예외는 존재한다.) 있는 등 여러 가지 물리적 특징을 지니고 있다. 화학적으로 금속은 전자를 잃으려 하며 양이온이 되려는 경향이 있다. 가장 대표적인 예시를 들어보자면 구리가 있을 것이다. 구리는 주로 전선에 쓰이는 전기 전도체로써 뛰어난 성능을 지니고 있고, 오래전부터 써왔으며 광택이 있고 여러 형태로 변형이 가능하다. 구리는 다양한 형태의 염에서 발견되는데, 예를 들어 황산구리 결정에서는 구리 이온의 형태로 존재한다. 



비금속 원소는 금속 원소보다 수가 적으며 주로 주기율표의 오른쪽 위에 배치되어 있다. 다만 수소는 예외적으로 왼쪽 위에 존재하고 있다. 비금속들은 아까 말했던 구리와 달리 금속들의 특징적인 물리적 특성을 보이지 않는다. 화학적 특징으론 비금속들은 금속과 정반대로 금속과의 결합에서 전자를 얻어 음이온을 형성하려는 경향이 있다. 비금속은 비금속끼리 결합 시에 서로 공유결합을 형성하는데, 예를 들어 염소는 보통의 경우에는 염소 두 원자가 결합한 분자 상태로 존재한다. 염소는 금속과 반응하여 NaCl과 같이 Cl*1- 이온을 갖는 염을 이루거나 HCl과 같이 비금속 원자와 공유결합을 한다. 



위에서 한번 언급했듯이 주기율표는 단순한 원자기호들의 나열이 아닌 여러 정보가 내포되어 있는 표이다. 우선 주기율표는 비슷한 화학적 성질을 갖는 원소들을 같은 수직 열에 배치하는데, 우린 이걸 주로 '족'이라고 부른다. 단순히 생각하면 주기율표의 세로줄이라고 보면 된다. 간단한 예시를 들어주면 1A에 속한 알칼리 금속들(리튬, 소듐, 포타슘, 루비듐, 세슘, 프란듐)은 반응성이 매우 높아 다른 비금속들과 쉽게 반응하여 1+의 전하를 띠는 이온을 형성한다. 2A 족에 속한 베릴륨, 마그네슘, 칼슘, 스트론튬, 바륨, 라듐은 알칼리 토금속이라 명칭하고 이들 모두 비금속 원소와 반응할 때 2+의 전하를 띠는 이온을 형성한다. 7A에 속하는 원소들을 할로젠 원소라 부르며 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 아스타인 등이 있다. 할로젠 원소는 금속과 반응하여 염을 형성할 때는 -1-의 전하를 띠는 음이온을 만들어내고, 이원자 분자를 이룬다. 8A 족은 비활성 기체라고 부르는 물질들이며 헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제는, 라돈 등이 있다. 이들은 이름에서 알 수 있듯이 화학적 반응성이 거의 없기에 매우 안정적이다. 또한 일반적으로 단원자로 존재한다. 족은 1A부터 8A까지의 기호로 쓰여있다. 최근에는 1부터 18까지의 숫자로 표기를 진행한다.



다음으론 주기율표의 가로줄을 살펴보자. 주기율표의 가로줄인 주기는 원소들이 수평으로 쭉 나열된 행을 의미한다. 수소와 헬륨이 있는 행을 1주기, 리튬 시작해 플루오린과 네온까지의 행을 2주기로 시작해 그 아래의 행을 각각 3주기, 4주기 등으로 부른다. 



이제 화학에 대한 기초인 주기율표에 대해 알아보았으니 그다음 기초인 화합물의 명명법에 대해 알아보자. 화학이 발전하던 초기 시대에는 화합물을 이름 짓는 정해진 방안이 없었다. 그래서 초기에 정해진 청 황산, 석회, 석고, 웃음 기체 등 이러한 관용명들이 지속해서 나오게 되면 큰 혼란을 일으킬 것이 분명했다. 현재 발견한 화합물만 해도 몇백만 가지가 되는데 이러한 화합물 전부를 불가능에 가까운 일이기 때문이다. 따라서 정해진 규칙에 관해서 설명을 해보자. 우선 이성분 화합물의 두 유형에 관해 설명해 보겠다.



첫 번째로 이성분 이온 결합 화합물은 양이온을 먼저 표기하고 음이온을 나중에 쓴다. 또한 Na+와 같이 단원자 양이온은 원소의 이름을 그대로 사용한다. 단원자 음이온은 원소의 이름에 -화를 붙여 사용한다. 예시를 들자면 Cl*1- 이온은 염화이온*1- 이온은 브로민화 이온이라 부른다. 단, 염소, 산소는 "소"를 생략하여 사용한다. 



두 번째로 설명할 것은 앞의 유형과는 달리 금속들이 한종류의 이온을 형성하는 경우가 아닌 여러 가지 종류의 이온을 형성할 때의 표기법이다. 예를 들면 철의 경우는 Fe*2+, Fe*3+이온이 모두 존재하기에 이를 같은 방식으로 표기해서는 안 된다. 따라서 금속 이온의 전하도 반드시 표기에 들어가야 하므로 이러한 이온들의 표기는 로마숫자들을 이용해 염화철(II), 염화철(III)의 표기법을 사용한다.

 

체계 명에서 로마숫자는 여러 가지의 양이온이 가능한 전이 금속이 들어있을 때만 주로 사용되며 한 종류만의 양이온이 만들어지는 원소는 로마숫자들 붙여 표기할 필요는 따로 없다.