비활성 기체와 할로젠

실온에서 염소는 기체, 브로민은 액체, 아이오딘은 고체인데 셋은 같은 세로줄에 있습니다.

표의 마지막 두 세로줄은 나란히 있지만 성질은 정반대입니다. 17족 할로젠은 가장 반응을 잘하는 원소에 속하고, 18족 비활성 기체는 가장 반응을 안 하는 원소에 속합니다. 둘의 차이는 전자 하나이고, 그 전자 하나를 보면 화학의 꽤 큰 부분이 설명됩니다.

비활성 기체: 꽉 찬 껍질

헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 제논, 라돈은 바깥 껍질이 완전히 차 있습니다. 헬륨은 2개, 나머지는 8개입니다. 꽉 찬 껍질은 매우 안정한 배치입니다. 전자를 잃거나 얻거나 함께 쓰려는 경향이 거의 없으므로, 분자를 만들지 않고 원자 하나씩 따로 존재하며 특별한 조건에서만 반응합니다. 제논은 플루오린, 산소와 화합물을 만들지만, 헬륨, 네온, 아르곤은 보통 조건에서 안정한 화합물을 전혀 만들지 않습니다.

반응을 잘 안 하니 쓸모가 많습니다. 아르곤은 공기의 1% 가까이를 차지하고, 달아오른 필라멘트나 녹은 금속과 반응하지 않으므로 전구를 채우거나 용접할 때 뜨거운 금속을 감싸는 데 씁니다. 헬륨은 공기보다 가볍고 타지 않아서 수소 대신 풍선과 비행선을 채웁니다. 네온은 전기가 흐르면 주황빛을 띤 붉은색으로 빛나고, 그래서 네온사인이라는 이름이 생겼습니다.

할로젠: 전자 하나가 모자랍니다

플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴은 바깥 전자가 7개라 꽉 찬 껍질에 하나가 모자랍니다. 전자 하나만 얻으면 바로 옆 비활성 기체와 같은 배치가 되므로 다른 원자의 전자를 세게 끌어옵니다. 그래서 전기 음성도가 높고, 순수한 원소 상태로는 위험합니다. 염소 기체는 폐를 상하게 하고, 플루오린은 유리와도 반응할 만큼 반응성이 큽니다. 할로젠이라는 이름은 「소금을 만드는 것」이라는 그리스어에서 왔습니다. 금속과 만나 염화 나트륨 같은 염을 만들기 때문입니다.

족을 따라 내려가면 분자(F₂, Cl₂, Br₂, I₂)가 커지고 무거워져 분자 사이의 힘이 세집니다. 실온에서 플루오린과 염소는 기체, 브로민은 적갈색 액체, 아이오딘은 보라색 증기를 내는 검은 고체입니다. 모형의 PubChem 녹는점이 이 변화를 보여 줍니다. 플루오린 53.53 K, 염소 171.65 K, 브로민 265.95 K, 아이오딘 386.85 K(약 114 °C)입니다. 반응성은 반대로 갑니다. 플루오린이 가장 세게 반응하고, 아래로 갈수록 전자를 덜 탐냅니다.

화합물 속에 묶인 할로젠은 생활 어디에나 있습니다. 식탁의 소금은 염화 나트륨입니다. 수돗물과 수영장 물에는 세균을 없애려고 염소를 조금 넣습니다. 많은 치약에 플루오린화물이 들어 있고, 몸이 갑상샘 호르몬을 만드는 데 아이오딘이 조금 필요해서 아이오딘을 넣은 소금도 팝니다. 어느 경우든 할로젠은 위험한 순수 원소가 아니라 음이온이나 화합물 상태로 들어 있습니다.