주기율표는 어떻게 짜여 있을까

1번은 수소, 118번은 2016년에 이름이 붙은 오가네손입니다. 그 사이 번호는 하나도 비어 있지 않습니다.

마트는 우유 옆에 요구르트를, 파스타 옆에 쌀을 놓아서 상표를 하나하나 읽지 않아도 물건을 찾게 해 줍니다. 주기율표가 원소에 대해 하는 일도 같습니다. 원소마다 정해진 칸이 있고, 그 칸의 위치만 보아도 원소에 관한 자료를 찾기 전에 그 원소가 어떻게 행동할지 꽤 많이 알 수 있습니다.

원자 번호 순서

원소는 원자 번호(원자핵 속 양성자 수)의 순서로 놓입니다. 수소는 양성자 1개, 헬륨은 2개, 리튬은 3개이고, 이렇게 빈 번호 없이 118개인 오가네손까지 이어집니다. 표는 책을 읽듯 읽습니다. 한 줄을 왼쪽에서 오른쪽으로 읽고, 줄이 끝나면 다음 줄 맨 왼쪽에서 다시 시작합니다.

그런데 왜 줄을 끊어서 여러 줄로 만들까요? 원소의 성질이 되풀이되기 때문입니다. 리튬, 나트륨, 칼륨은 모두 무르고 반짝이며 물과 반응하는 금속입니다. 이 원소들은 번호 순서에서 일정한 간격으로 나타나므로, 표를 알맞은 길이로 끊어 이들이 한 세로줄에 쌓이게 합니다. 이렇게 되풀이되는 성질 때문에 「주기」율표라는 이름이 붙었습니다.

가로줄, 세로줄, 구역

가로줄 7개를 주기, 세로줄 18개를 족이라고 부릅니다. 가로줄의 길이는 다 같지 않습니다. 1주기에는 원소가 2개뿐이고, 2주기와 3주기에는 8개씩, 4주기와 5주기에는 18개씩, 6주기와 7주기에는 32개씩 들어갑니다. 이 숫자는 아무렇게나 정한 것이 아니라, 원자에 새 전자 층이 채워질 때 들어가는 전자 수와 맞아떨어집니다. 이 내용은 다음 단원에서 다룹니다.

화학자는 표를 전자가 채워지는 궤도의 종류에 따라 네 구역으로도 나눕니다. s 구역(1족, 2족과 헬륨), p 구역(13~18족), d 구역(3~12족), 그리고 f 구역입니다. 6주기와 7주기에는 f 구역 원소가 14개씩 더 들어 있습니다. 이들을 제자리에 끼워 넣으면 표가 32열이 되어 종이 한 장에 들어가지 않습니다. 그래서 대부분의 표는 란타넘족(57~71번)과 악티늄족(89~103번)을 빼내어 아래에 두 줄로 따로 싣습니다. 3D 모형도 같은 방식이고, 3족 자리의 회색 타일 두 개가 이들이 원래 들어갈 곳을 표시합니다.

칸 하나에 적힌 것

모형에서 아무 타일이나 누르면 카드가 열립니다. 큰 글자는 원소 기호로, 한두 글자이고 첫 글자는 늘 대문자입니다. 탄소는 C, 칼슘은 Ca, 염소는 Cl입니다. 라틴어 이름에서 온 기호도 있어서 나트륨은 Na(natrium), 칼륨은 K(kalium), 철은 Fe(ferrum)입니다. 모서리의 작은 숫자는 원자 번호입니다. 아래쪽 숫자는 표준 원자량으로, 지구에서 발견되는 그 원소의 평균 질량을 탄소-12 원자 질량의 12분의 1을 1로 하는 눈금으로 잰 값입니다.

실험실에서만 만들어지거나 안정한 형태가 없는 원소에는 표준 원자량이 없습니다. 이런 원소는 모형에 [97](테크네튬)처럼 대괄호 속 질량수로 적었습니다. 모형의 원자량은 IUPAC 동위 원소 존재비·원자량 위원회가 발표한 2024년 요약값입니다. 수소는 1.0080, 탄소는 12.011, 산소는 15.999입니다.