족과 주기

리튬, 나트륨, 칼륨은 한 세로줄에 있고, 셋 모두 가장 바깥 껍질에 전자가 딱 1개 있습니다.

리튬 조각을 물에 넣으면 조용히 거품이 납니다. 나트륨은 물 위를 미끄러지듯 돌아다니다 불이 붙기도 합니다. 칼륨은 거의 곧바로 연보라색 불꽃을 냅니다. 금속은 셋이지만 반응은 같은 종류이고, 갈수록 격렬해집니다. 세 원소는 주기율표 1족에 위아래로 놓여 있습니다. 세로줄 하나에 비슷하게 행동하는 원소가 모였고, 세로줄 안의 순서는 어느 원소가 가장 세게 반응하는지 알려 줍니다.

같은 족은 바깥 전자가 같습니다

화학 반응은 원자의 바깥쪽에서 일어납니다. 두 원자가 만나면 가장 바깥 껍질의 전자(원자가 전자)를 주거나 받거나 함께 씁니다. 같은 주족에 속한 원소는 원자가 전자 수가 같습니다. 1족은 1개, 2족은 2개이고, p 구역에서는 족 번호에서 10을 뺀 수입니다. 13족은 3개, 17족은 7개, 18족은 8개입니다. 헬륨만은 첫째 껍질이 2개로 꽉 차 있는 예외입니다.

바깥 전자가 같으니 화학적 성질도 비슷합니다. 1족 금속은 모두 염소와 1:1로 화합물을 만듭니다(LiCl, NaCl, KCl). 2족 금속은 모두 염소 원자 2개가 필요합니다(MgCl₂, CaCl₂). 한 족의 원소 하나를 잘 알면 나머지도 꽤 정확히 짐작할 수 있습니다. 모형의 범례를 누르면 무리 하나씩 불을 켜서 어디에 있는지 볼 수 있습니다.

주기가 하나 내려가면 껍질이 하나 늘어납니다

주기 번호는 전자 껍질을 몇 개 쓰는지 알려 줍니다. 나트륨은 3주기이고 전자 11개가 2, 8, 1로 놓여 껍질이 3개입니다. 한 줄 아래 4주기의 칼륨은 전자 19개가 2, 8, 8, 1로 놓여 껍질이 4개입니다. 주기를 따라 오른쪽으로 가면 원소마다 양성자와 전자가 하나씩 늘고, 새 전자는 대개 같은 바깥 껍질에 들어가다가 그 껍질이 꽉 차면 다음 주기가 새 껍질로 시작합니다.

칼륨이 나트륨보다 격렬하게 반응하는 까닭도 여기서 설명됩니다. 칼륨의 바깥 전자 하나는 원자핵에서 껍질 하나만큼 더 멀고, 안쪽 전자가 더 많이 가려 주므로 약하게 붙잡혀 있어 쉽게 떨어집니다. 1족에서 한 칸 내려갈 때마다 껍질이 하나 늘고 금속은 더 잘 반응합니다. 아래쪽의 세슘은 물에 넣으면 폭발합니다.

몇몇 족에는 자주 듣게 될 무리 이름이 있습니다. 수소를 뺀 1족은 알칼리 금속, 2족은 알칼리 토금속, 17족은 할로젠, 18족은 비활성 기체입니다. 3~12족을 묶어서는 전이 금속이라고 부릅니다. 이 부분에서는 바깥 전자를 세기가 덜 깔끔합니다. 바깥 껍질은 전자 1~2개로 그대로 두고 안쪽 d 껍질에 전자가 채워지기 때문입니다. 그래서 한 주기에 나란히 놓인 철, 코발트, 니켈은 주족 원소가 가로 이웃과 닮은 것보다 서로 훨씬 많이 닮았습니다.

카드의 전자 배치

모형의 카드에는 원소마다 전자 배치를 줄여서 적어 두었습니다. 나트륨은 [Ne]3s¹입니다. 괄호 부분은 「안쪽 전자는 네온과 같다」는 뜻이고, 3s¹은 셋째 껍질의 s 궤도에 전자가 1개라는 뜻입니다. 염소는 [Ne]3s² 3p⁵로 셋째 껍질에 전자가 7개입니다. 17족 원소는 모두 s² p⁵로 끝나고, 그래서 서로 많이 닮았습니다. 이 기호를 외울 필요는 없지만, 끝부분이 세로줄을 따라 되풀이된다는 점은 알아 두면 쓸모 있습니다.