역사: 멘델레예프와 빈칸

1869년에는 자연의 원소 가운데 약 3분의 2만 알려져 있었습니다. 멘델레예프는 나머지를 위해 빈칸을 남겼습니다.

카드 몇 장이 빠졌는데 어느 카드인지 모르는 한 벌을 정리한다고 해 봅시다. 그래도 무늬와 숫자대로 늘어놓을 수 있고, 그러면 빈자리가 무엇이 빠졌는지 정확히 보여 줍니다. 1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 원소로 한 일이 이와 비슷합니다. 그는 화학 교과서를 쓰던 중이었고, 알려진 원소마다 원자량과 성질을 카드에 적은 뒤 규칙이 보일 때까지 카드를 옮겨 놓았습니다.

1869년의 표

1869년 3월 6일, 원소의 성질과 원자량의 관계를 다룬 멘델레예프의 논문이 상트페테르부르크의 러시아 화학회에서 낭독되었습니다. 멘델레예프는 자리에 없었고 동료 니콜라이 멘슈트킨이 대신 발표했습니다. 이 표는 원소를 원자량 순서로 늘어놓고, 화학적 성질이 비슷한 원소를 같은 무리에 두었습니다. 독일 화학자 로타어 마이어도 1870년에 따로 아주 비슷한 배열을 발표했고, 1882년 런던 왕립학회는 두 사람에게 함께 데이비 메달을 주었습니다.

멘델레예프가 남달랐던 점은 알려진 원소 목록보다 규칙을 더 믿었다는 것입니다. 원자량 순서로 다음 원소가 그 아래 무리에 맞지 않으면, 빈칸을 남기고 원소 하나가 빠졌다고 보았습니다. 성질이 맞지 않으면 원자량 순서를 바꾸기도 했습니다. 텔루륨은 아이오딘보다 무겁지만 아이오딘은 분명히 염소, 브로민과 같은 무리이므로 텔루륨을 앞에 두었습니다. 나중에 진짜 순서는 원자 번호라는 것이 밝혀졌고, 그 기준으로 그의 판단이 옳았습니다.

맞아떨어진 예측

멘델레예프는 빠진 원소의 성질을 특히 1871년에 자세히 적었습니다. 산스크리트어로 「하나」를 뜻하는 에카(eka)를 붙여 「한 칸 아래」라는 뜻으로 이름을 지었습니다. 에카알루미늄은 원자량이 68 가까이, 밀도가 5.9 g/cm³쯤일 것이라고 했습니다. 1875년 폴에밀 르코크 드부아보드랑이 찾아낸 갈륨은 원자량 69.7, 밀도 5.91 g/cm³였습니다. 원자량 44 가까이로 본 에카붕소는 1879년 라르스 프레드리크 닐손이 찾은 스칸듐이었습니다. 에카규소는 원자량 약 72, 밀도 5.5 g/cm³로 예측했는데, 1886년 클레멘스 빙클러가 찾은 저마늄은 72.6, 5.32 g/cm³였습니다.

특히 저마늄 결과는 주기율표가 편리한 분류표를 넘어 예측까지 할 수 있다는 것을 화학자들에게 납득시켰습니다. 모든 예측이 맞지는 않았습니다. 멘델레예프의 표에는 비활성 기체 자리가 없었습니다. 1894년 아르곤이 발견될 때까지 그런 원소가 있으리라고 생각한 사람이 없었습니다. 길게 이어지는 란타넘족도 미리 내다보지 못했습니다. 규칙이 왜 생기는지는 20세기에 와서야 설명되었습니다. 1913년 헨리 모즐리가 X선으로 원소마다 정수인 원자 번호가 있음을 보였고, 껍질에 전자가 놓이는 방식이 성질이 되풀이되는 까닭을 설명했습니다.

이제 표는 7주기 끝까지 다 찼습니다. 2016년 IUPAC가 마지막 네 이름을 승인했습니다. 니호늄(113), 모스코븀(115), 테네신(117), 오가네손(118)입니다. 니호늄은 일본 이화학연구소(RIKEN)에서 만들었고, 아시아 나라에서 찾은 첫 원소입니다. 이 원소들은 1초도 안 되어 붕괴하지만, 멘델레예프가 갈륨의 자리를 정했듯이 만들어지기 전부터 들어갈 세로줄이 정해져 있었습니다. 모형을 「높이: 발견 연도」로 바꾸면 가장 높은 타일이 맨 아래 줄을 채웁니다.