元素원소의 週期性주기성

◁ 10tonggwa1-0202 ｜ 化學화학 結合결합과 物質물질의 性質성질 ▷
【深化심화】12hwahak-0201 ｜ 12hwahak-0202

■ 10統통科과1-02-03: 世上세상을 構成구성하는 元素원소들의 性質성질이 週期性주기성을 나타내는 現象현상을 通통해 自然자연의 規則性규칙성을 導出도출하고, 地球지구와 生命體생명체를 構成구성하는 主要주요 元素원소들이 結合결합을 形成형성하는 理由이유를 解釋해석할 수 있다.

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週期律주기율의 發見발견

元素원소의 目錄목록

元素원소는 化學的화학적인 方法방법으로 더 以上이상 쪼갤 수 없는 物質물질의 基本기본 成分성분입니다. 18世紀세기 末말 라부아지에가 元素원소를 이렇게 定義정의하고 當時당시 알려진 33가지를 目錄목록으로 整理정리한 뒤, 새로운 元素원소가 잇따라 發見발견되었습니다. 19世紀세기 中葉중엽에는 알려진 元素원소가 60가지를 넘었습니다. 元素원소가 늘어날수록 化學者화학자들은 이 많은 元素원소 사이에 어떤 秩序질서가 있는지를 묻게 되었습니다.

元素원소들 가운데에는 性質성질이 서로 닮은 무리가 있었습니다. 리튬·나트륨·칼륨은 모두 무르고 반짝이는 金屬금속이면서 물과 激烈격렬하게 反應반응했고, 鹽素염소·브로민·아이오딘은 모두 金屬금속과 만나 비슷한 化合物화합물을 만들었습니다. 1829秊년 獨逸독일의 되베라이너는 性質성질이 비슷한 元素원소를 세 個개씩 묶으면 가운데 元素원소의 原子量원자량이 나머지 두 元素원소의 原子量원자량 平均평균과 거의 같다는 것을 發見발견했습니다. 1865秊년 英國영국의 뉴랜즈는 元素원소를 原子量원자량 順순으로 늘어놓으면 여덟 番번째마다 비슷한 性質성질이 되풀이된다고 發表발표했는데, 이를 音階음계에 빗대 옥타브 法則법칙이라 불렀습니다. 當時당시에는 비웃음을 샀지만, 元素원소의 性質성질이 一定일정한 間隔간격으로 되풀이된다는 생각의 싹이 여기에 있었습니다.

멘델레예프의 週期律表주기율표

1869秊년 러시아의 멘델레예프는 當時당시 알려진 63가지 元素원소를 原子量원자량 順순으로 늘어놓되, 性質성질이 비슷한 元素원소가 같은 줄에 오도록 表표를 만들었습니다. 그의 表표가 앞선 試圖시도들과 다른 點점은 두 가지였습니다.

첫째, 그는 아직 發見발견되지 않은 元素원소의 자리를 비워 두었습니다. 原子量원자량 順序순서대로 채워 넣으면 性質성질이 맞지 않는 곳이 생기자, 그곳에는 아직 모르는 元素원소가 있을 것이라고 보고 빈칸으로 남긴 것입니다. 그리고 빈칸의 위아래와 양옆 元素원소의 性質성질로부터 그 元素원소의 性質성질을 豫測예측했습니다. 그가 '에카硅素규소'라 이름 붙인 元素원소는 1886秊년 獨逸독일에서 發見발견된 저마늄과 原子量원자량·密度밀도·化合物화합물의 性質성질이 거의 一致일치했고, '에카알루미늄'과 '에카硼素붕소'도 各各각각 갈륨(1875)과 스칸듐(1879)으로 發見발견되었습니다.

둘째, 그는 性質성질을 原子量원자량보다 優先우선했습니다. 텔루륨은 아이오딘보다 原子量원자량이 크지만, 性質성질로 보면 아이오딘은 鹽素염소·브로민과, 텔루륨은 黃황·셀레늄과 같은 무리에 들어가야 했습니다. 멘델레예프는 原子量원자량의 順序순서를 뒤바꾸어 性質성질이 맞는 자리에 두었고, 原子量원자량의 測定측정이 잘못되었을 것이라고 생각했습니다.

豫測예측이 맞아떨어지자 週期律表주기율표는 單純단순한 分類表분류표가 아니라 自然자연의 法則법칙을 담은 것으로 認定인정받았습니다. 1890秊代년대에 아르곤·헬륨·네온 等등 反應반응을 거의 하지 않는 氣體기체 元素원소들이 發見발견되었을 때도, 이들은 表표를 흔드는 대신 새로운 세로줄 하나를 이루며 깔끔하게 자리를 잡았습니다. 豫測예측이 檢證검증되고, 豫想예상하지 못한 發見발견까지 그 틀 안에 들어온다는 것은 그 틀이 自然자연의 實際실제 構造구조를 反映반영하고 있다는 强力강력한 證據증거입니다.

原子원자 番號번호

그러나 멘델레예프는 元素원소의 性質성질이 왜 되풀이되는지는 說明설명하지 못했습니다. 原子量원자량의 順序순서를 뒤바꿔야 하는 곳이 텔루륨과 아이오딘 말고도 아르곤과 칼륨 等등에서 나타났는데, 이것이 測定측정의 誤差오차가 아니라는 것도 밝혀졌습니다.

1913秊년 英國영국의 모즐리는 여러 元素원소에 電子전자를 쏘아 나오는 X線선의 振動數진동수를 測定측정해, 그 값이 原子量원자량이 아니라 原子核원자핵의 電荷量전하량에 따라 規則的규칙적으로 커진다는 것을 發見발견했습니다. 原子核원자핵의 陽양(+)電荷量전하량, 곧 原子核원자핵 속 陽性子양성자의 數수가 元素원소마다 하나씩 늘어나며, 이 數수가 元素원소를 決定결정하는 本質的본질적인 量양이라는 것이 밝혀졌습니다. 이를 原子원자 番號번호라 합니다. 元素원소를 原子원자 番號번호 順순으로 配列배열하면 텔루륨과 아이오딘, 아르곤과 칼륨의 順序순서 問題문제가 저절로 解決해결됩니다. 오늘날의 週期律表주기율표는 原子원자 番號번호 順순으로 元素원소를 配列배열하며, 2016秊년 113·115·117·118番번 元素원소의 이름이 確定확정되면서 7週期주기까지 118가지 元素원소가 모두 채워졌습니다.

이렇게 元素원소를 原子원자 番號번호 順순으로 늘어놓을 때 性質성질이 週期的주기적으로 되풀이되는 現象현상을 週期律주기율이라 하고, 이 規則규칙에 따라 元素원소를 配列배열한 表표를 週期律表주기율표라 합니다.

週期律表주기율표의 構造구조

週期주기와 族족

週期律表주기율표의 가로줄을 週期주기, 세로줄을 族족이라 합니다. 週期주기는 1週期주기부터 7週期주기까지, 族족은 1族족부터 18族족까지 있습니다. 같은 族족의 元素원소를 同族동족 元素원소라 하며, 同族동족 元素원소는 化學的화학적 性質성질이 비슷합니다.

週期律表주기율표의 왼쪽과 가운데에는 金屬금속 元素원소가, 오른쪽 위에는 非金屬비금속 元素원소가 자리 잡고 있으며, 그 境界경계에는 두 性質성질을 함께 가진 硅素규소·저마늄 같은 準金屬준금속이 있습니다. 金屬금속 元素원소는 光澤광택이 있고 熱열과 電氣전기를 잘 傳전하며 電子전자를 잃고 陽양이온이 되기 쉽습니다. 非金屬비금속 元素원소는 大體대체로 熱열과 電氣전기를 잘 傳전하지 않고, 18族족을 除外제외하면 電子전자를 얻어 陰음이온이 되거나 다른 非金屬비금속과 電子전자를 共有공유하려는 傾向경향이 있습니다. 水素수소는 非金屬비금속이지만 原子원자 하나에 電子전자가 하나뿐이어서 1族족 자리에 놓입니다.

알칼리 金屬금속

1族족 가운데 水素수소를 除外제외한 리튬·나트륨·칼륨 等등을 알칼리 金屬금속이라 합니다. 알칼리 金屬금속은 칼로 잘릴 만큼 무르고, 자른 面면은 은빛 光澤광택을 띠다가 空氣공기 中중의 酸素산소와 反應반응해 곧 뿌옇게 變변합니다. 물과 만나면 水素수소 氣體기체를 내며 激烈격렬하게 反應반응하고, 反應반응 뒤의 水溶液수용액은 鹽基性염기성을 띱니다.

그래서 알칼리 金屬금속은 空氣공기와 물에 닿지 않도록 石油석유 속에 保管보관합니다. 反應性반응성은 같은 族족에서 아래로 갈수록 커집니다. 리튬은 물 위에서 천천히 거품을 내며 反應반응하지만, 나트륨은 물 위를 빠르게 돌아다니며 녹고, 칼륨은 反應반응 熱열로 생긴 水素수소에 불이 붙어 보랏빛 불꽃을 냅니다.

할로젠

17族족의 플루오린·鹽素염소·브로민·아이오딘 等등을 할로젠이라 합니다. 할로젠은 原子원자 두 個개가 結合결합한 二原子이원자 分子분자로 存在존재하며, 常溫상온에서 플루오린과 鹽素염소는 氣體기체, 브로민은 液體액체, 아이오딘은 固體고체입니다. 할로젠은 金屬금속과 잘 反應반응해 鹽염을 만듭니다. 할로젠이라는 이름 自體자체가 그리스어로 '소금을 만드는 것'이라는 뜻입니다. 나트륨과 鹽素염소가 만나 만든 鹽化염화나트륨, 곧 소금이 代表的대표적입니다. 할로젠의 反應性반응성은 알칼리 金屬금속과 反對반대로 같은 族족에서 위로 갈수록 커서, 플루오린은 거의 모든 元素원소와 激烈격렬하게 反應반응합니다.

할로젠의 反應性반응성 差異차이는 實驗실험으로 直接직접 確認확인할 수 있습니다. 브로민化화칼륨 水溶液수용액에 鹽素염소 氣體기체를 넣으면 無色무색이던 溶液용액이 黃色황색~赤褐色적갈색으로 變변하는데, 鹽素염소가 브로민化화 이온에서 電子전자를 빼앗아 브로민을 내보냈기 때문입니다.

같은 方式방식으로 브로민은 아이오딘化화칼륨에서 아이오딘을 내보내지만, 아이오딘을 브로민化화칼륨이나 鹽化염화칼륨 溶液용액에 넣으면 아무 變化변화도 일어나지 않습니다. 電子전자를 끌어당기는 힘이 더 센 할로젠이 약한 할로젠을 이온 狀態상태에서 밀어내는 것으로, 그 順序순서가 위로 갈수록 反應性반응성이 크다는 傾向경향과 一致일치합니다. 할로젠 單體단체는 色색도 뚜렷해서, 플루오린은 엷은 黃色황색, 鹽素염소는 黃綠色황록색, 브로민은 赤褐色적갈색, 아이오딘 固體고체는 光澤광택이 있는 黑紫色흑자색을 띠며 이 色색의 變化변화로 어떤 할로젠이 생겼는지 알 수 있습니다.

非活性비활성 氣體기체

18族족의 헬륨·네온·아르곤 等등은 다른 元素원소와 거의 反應반응하지 않아 非活性비활성 氣體기체라 합니다. 原子원자 하나가 그대로 分子분자처럼 行動행동하는 單原子단원자 分子분자로 存在존재합니다. 反應반응하지 않는 性質성질 덕분에 헬륨은 불이 붙지 않는 가벼운 氣體기체로 飛行船비행선과 風船풍선에, 아르곤은 白熱電球백열전구 속 필라멘트가 타지 않도록 채우는 氣體기체와 溶接용접할 때 金屬금속의 酸化산화를 막는 氣體기체로 쓰입니다. 네온은 放電방전할 때 붉은빛을 내어 廣告用광고용 네온사인에 쓰입니다.

週期性주기성의 原因원인

電子전자 配置배치

元素원소의 性質성질이 왜 되풀이되는지는 原子원자의 構造구조에서 답을 찾을 수 있습니다. 原子원자는 陽양(+)電荷전하를 띤 原子核원자핵과 그 周圍주위의 電子전자로 이루어져 있고, 中性중성 原子원자에서는 陽性子양성자 數수와 電子전자 數수가 같으므로 原子원자 番號번호는 곧 電子전자의 數수이기도 합니다.

電子전자는 原子核원자핵 周圍주위의 特定특정한 에너지 準位준위, 곧 電子전자 껍질에 分布분포합니다. 原子核원자핵에 가까운 껍질부터 K, L, M 껍질이라 부르며, 原子원자 番號번호 20番번까지는 K 껍질에 2個개, L 껍질에 8個개, M 껍질에 8個개까지 電子전자가 채워진다고 보면 됩니다.

括弧괄호 안의 數수는 안쪽 껍질부터 차례로 들어 있는 電子전자의 數수입니다. 이 表표에서 두 가지 規則규칙이 드러납니다. 같은 週期주기의 元素원소는 電子전자가 들어 있는 껍질의 數수가 같습니다. 2週期주기 元素원소는 껍질 2개, 3週期주기 元素원소는 껍질 3개를 씁니다. 그리고 같은 族족의 元素원소는 가장 바깥 껍질에 들어 있는 電子전자의 數수가 같습니다. 리튬·나트륨·칼륨은 모두 가장 바깥 껍질에 電子전자가 1個개, 플루오린과 鹽素염소는 7個개입니다.

原子價원자가 電子전자

가장 바깥 껍질에 있는 電子전자는 다른 原子원자와 만났을 때 가장 먼저 相互作用상호작용하므로 化學화학 反應반응에 直接직접 參與참여합니다. 이 電子전자를 原子價원자가 電子전자라 합니다. 18族족 元素원소는 가장 바깥 껍질이 安定안정한 狀態상태로 채워져 있어 反應반응에 거의 參與참여하지 않으므로, 原子價원자가 電子전자의 數수를 0으로 봅니다.

元素원소의 化學的화학적 性質성질은 主주로 原子價원자가 電子전자의 數수에 따라 정해집니다. 原子원자 番號번호가 하나씩 커질 때마다 電子전자가 하나씩 늘지만, 바깥 껍질이 다 차면 새 껍질이 始作시작되므로 原子價원자가 電子전자의 數수는 1, 2, 3, …, 7, 0으로 되풀이됩니다. 原子價원자가 電子전자의 數수가 週期的주기적으로 되풀이되니 化學的화학적 性質성질도 週期的주기적으로 되풀이되는 것입니다. 멘델레예프가 原子量원자량의 順序순서를 뒤바꾸면서까지 지켰던 '性質성질의 반복'은 이렇게 電子전자 配置배치의 반복이었습니다.

같은 族족 안의 差異차이

같은 族족의 元素원소가 性質성질이 비슷하면서도 反應性반응성에 差異차이가 나는 것도 電子전자 配置배치로 說明설명됩니다. 같은 族족에서 아래로 갈수록 電子전자 껍질의 數수가 많아지므로 原子원자의 크기가 커지고, 가장 바깥 껍질의 電子전자는 原子核원자핵에서 더 멀리 떨어지게 됩니다. 原子核원자핵과 電子전자 사이의 引力인력은 距離거리가 멀수록 弱약해지고, 안쪽 껍질의 電子전자들이 原子核원자핵의 引力인력을 가려 주는 效果효과도 커집니다.

알칼리 金屬금속은 原子價원자가 電子전자 1個개를 잃고 陽양이온이 되려는 性質성질이 있으므로, 이 電子전자를 붙잡는 힘이 弱약할수록 反應반응이 잘 일어납니다. 그래서 아래로 갈수록 反應性반응성이 커집니다. 反面반면 할로젠은 바깥 껍질에 電子전자 1個개를 얻어 陰음이온이 되려는 性質성질이 있으므로, 原子核원자핵이 바깥 電子전자를 끌어당기는 힘이 强강할수록, 곧 原子원자가 작을수록 反應반응이 잘 일어납니다. 그래서 할로젠은 위로 갈수록 反應性반응성이 커집니다. 같은 原理원리가 두 族족에서 反對반대 方向방향의 傾向경향을 만드는 것입니다.

같은 週期주기 안의 變化변화

같은 週期주기에서 오른쪽으로 가면 電子전자 껍질의 數수는 그대로인데 原子원자 番號번호, 곧 原子核원자핵의 陽電荷양전하가 하나씩 커집니다. 늘어난 電子전자는 같은 껍질에 들어가므로 서로를 잘 가려 주지 못하고, 바깥 電子전자가 實際실제로 느끼는 原子核원자핵의 引力인력, 곧 有效유효 核電荷핵전하가 점점 커집니다. 그 結果결과 바깥 電子전자가 原子核원자핵 쪽으로 더 强강하게 끌려 原子원자가 오히려 작아집니다. 3週期주기에서 나트륨의 原子원자 반지름은 約약 186 pm이지만 鹽素염소는 約약 99 pm으로 절반 가까이 줄어듭니다.

原子核원자핵이 바깥 電子전자를 붙잡는 힘이 커지므로 電子전자를 잃기는 어려워지고 얻기는 쉬워집니다. 氣體기체 狀態상태의 原子원자에서 電子전자 1個개를 떼어 내는 데 必要필요한 에너지를 이온化화 에너지라 하는데, 나트륨은 1몰當당 約약 496 kJ이지만 鹽素염소는 約약 1,251 kJ으로 두 倍배가 넘습니다. 또 結合결합한 두 原子원자가 共有공유 電子전자쌍을 끌어당기는 相對的상대적인 세기를 電氣전기 陰性度음성도라 하는데, 같은 週期주기에서는 오른쪽으로 갈수록 커지고 플루오린이 가장 큽니다. 電子전자를 쉽게 내주는 金屬금속 元素원소가 週期律表주기율표의 왼쪽에, 電子전자를 얻으려는 非金屬비금속 元素원소가 오른쪽에 모여 있는 것은 이 때문입니다. 電子전자를 잃고 얻는 傾向경향은 「酸化還元」에서, 電子전자쌍이 한쪽으로 치우치는 現象현상은 「化學 結合과 物質의 性質」에서 다시 이어집니다.

元素원소가 結合결합하는 理由이유

非活性비활성 氣體기체의 電子전자 配置배치

自然자연에서 非活性비활성 氣體기체를 除外제외한 元素원소들은 大部分대부분 홀로 存在존재하지 않고 다른 原子원자와 結合결합한 狀態상태로 있습니다. 空氣공기 中중의 酸素산소와 窒素질소는 原子원자 두 個개가 結合결합한 分子분자이고, 바닷물 속 나트륨과 鹽素염소는 이온으로, 땅속의 硅素규소는 酸素산소와 結合결합한 鑛物광물로 있습니다. 原子원자 하나로 홀로 安定안정하게 存在존재하는 것은 非活性비활성 氣體기체뿐입니다.

非活性비활성 氣體기체가 安定안정한 理由이유는 電子전자 配置배치에 있습니다. 헬륨은 K 껍질에 電子전자 2個개가, 네온과 아르곤은 가장 바깥 껍질에 電子전자 8個개가 채워져 있는데, 이 配置배치가 에너지 面면에서 매우 安定안정하기 때문에 電子전자를 잃지도 얻지도 않으려 합니다. 다른 元素원소들도 化學화학 結合결합을 통해 가장 바깥 껍질에 電子전자 8個개(水素수소는 2個개)를 채워 非活性비활성 氣體기체와 같은 電子전자 配置배치를 이루려는 傾向경향이 있는데, 이를 옥텟 規則규칙이라 합니다. 옥텟은 '8'을 뜻합니다.

元素원소가 結合결합하는 理由이유는 結合결합한 狀態상태가 홀로 있는 狀態상태보다 에너지가 낮아 安定안정하기 때문입니다. 原子원자들이 結合결합할 때 에너지가 放出방출된다는 點점은 「에너지의 吸收와 放出」에서 본 結合결합 에너지와 같은 이야기입니다. 옥텟 規則규칙은 그 安定안정한 狀態상태가 대개 어떤 電子전자 配置배치인지를 알려 주는 經驗的경험적 規則규칙입니다.

電子전자를 주고받는 結合결합

原子價원자가 電子전자가 1~3個개인 金屬금속 元素원소는 그 電子전자를 잃는 것이 8個개를 채우는 것보다 쉬우므로, 電子전자를 내주고 바로 안쪽 껍질이 바깥 껍질이 되어 非活性비활성 氣體기체와 같은 配置배치를 이룹니다. 나트륨($2,8,1$)이 電子전자 1個개를 잃으면 네온과 같은 $2,8$ 配置배치의 $Na^+$이 됩니다. 原子價원자가 電子전자가 6~7個개인 非金屬비금속 元素원소는 電子전자를 얻어 8個개를 채우는 것이 쉬우므로, 鹽素염소($2,8,7$)는 電子전자 1個개를 얻어 아르곤과 같은 $2,8,8$ 配置배치의 $Cl^-$이 됩니다.

나트륨과 鹽素염소가 만나면 나트륨의 電子전자 1個개가 鹽素염소로 옮겨 가고, 생겨난 $Na^+$과 $Cl^-$은 서로 反對반대 電荷전하를 띠므로 靜電氣的정전기적 引力인력으로 단단히 結合결합합니다. 이처럼 陽양이온과 陰음이온 사이의 靜電氣的정전기적 引力인력에 依의한 結合결합을 이온 結合결합이라 합니다. 金屬금속 元素원소와 非金屬비금속 元素원소가 만나면 대개 이온 結合결합을 이룹니다.

電子전자를 共有공유하는 結合결합

非金屬비금속 元素원소끼리 만나면 둘 다 電子전자를 얻으려 하므로 한쪽이 電子전자를 내주기 어렵습니다. 이때는 두 原子원자가 電子전자를 내놓아 電子전자쌍을 만들고 이를 함께 가짐으로써 各自각자 非活性비활성 氣體기체의 配置배치를 이룹니다. 이를 共有공유 結合결합이라 합니다. 水素수소 原子원자 두 個개가 電子전자 1個개씩을 내어 한 쌍을 共有공유하면 두 原子원자 모두 헬륨과 같은 配置배치가 되고, 물 分子분자에서는 酸素산소 原子원자가 두 水素수소 原子원자와 各各각각 電子전자쌍 하나씩을 共有공유해 바깥 껍질에 8個개를 채웁니다.

金屬금속 原子원자끼리는 原子價원자가 電子전자를 내놓아 原子원자 全體전체가 함께 쓰는 方式방식으로 結合결합하는데, 이 自由자유 電子전자가 金屬금속의 電氣전기 傳導性전도성과 光澤광택을 만듭니다. 結合결합의 種類종류에 따라 물·酸素산소·소금 같은 物質물질의 性質성질이 어떻게 달라지는지는 다음 主題주제인 「化學 結合과 物質의 性質」에서 따로 살펴봅니다.

地球지구와 生命體생명체의 元素원소

地殼지각의 元素원소

地球지구 表面표면의 地殼지각을 이루는 元素원소를 質量질량 比率비율로 보면 몇 가지 元素원소가 壓倒的압도적입니다.

酸素산소와 硅素규소 두 元素원소가 地殼지각 質量질량의 4分분의 3 가까이를 차지합니다. 酸素산소는 原子價원자가 電子전자가 6個개여서 電子전자 2個개를 더 채우려 하고, 硅素규소는 原子價원자가 電子전자가 4個개여서 다른 原子원자 4個개와 結合결합할 수 있습니다. 그래서 硅素규소 原子원자 하나가 酸素산소 原子원자 4個개와 結合결합한 單位단위가 地殼지각 鑛物광물의 基本기본 뼈대를 이룹니다. 酸素산소가 地殼지각에 가장 많은 元素원소라는 것은, 地殼지각의 鑛物광물 大部分대부분이 이미 酸素산소와 結合결합한 狀態상태, 곧 酸化산화된 狀態상태로 있다는 뜻이기도 합니다. 이 單位단위들이 어떻게 이어져 여러 鑛物광물을 만드는지는 「硅酸鹽 鑛物과 蛋白質·核酸」에서 따로 다룹니다. 地球지구 全體전체로 보면 質量질량으로 鐵철이 가장 많은 元素원소인데, 地殼지각에 鐵철이 相對的상대적으로 적은 것은 地球지구가 形成형성될 때 녹은 狀態상태에서 무거운 鐵철이 가라앉아 中心部중심부의 核핵에 모였기 때문입니다.

生命體생명체의 元素원소

사람의 몸을 이루는 元素원소는 地殼지각과 크게 다릅니다.

몸무게의 60% 안팎이 물이므로 酸素산소와 水素수소가 많고, 나머지 大部分대부분은 炭素탄소를 뼈대로 하는 有機物유기물입니다. 地殼지각에 27.7%나 있는 硅素규소는 人體인체에서 거의 찾아볼 수 없고, 地殼지각에서 0.1%도 안 되는 炭素탄소가 生命體생명체에서는 두 番번째로 많습니다.

炭素탄소가 生命생명의 뼈대가 된 理由이유

炭素탄소는 原子價원자가 電子전자가 4個개여서 最大최대 4個개의 다른 原子원자와 共有공유 結合결합을 할 수 있습니다. 特특히 炭素탄소 原子원자끼리 단단하게 結合결합해 긴 사슬과 고리를 만들 수 있고, 그 사슬에 水素수소·酸素산소·窒素질소·燐인 等등이 多樣다양하게 붙을 수 있습니다. 炭水化物탄수화물·脂肪지방·蛋白質단백질·核酸핵산처럼 크고 複雜복잡한 分子분자가 모두 炭素탄소의 이 性質성질 위에 세워져 있습니다. 結合결합의 方式방식이 多樣다양하니 만들 수 있는 分子분자의 種類종류도 事實上사실상 끝이 없습니다.

週期律表주기율표에서 炭素탄소 바로 아래의 硅素규소도 原子價원자가 電子전자가 4個개여서 炭素탄소처럼 4個개의 結合결합을 할 수 있습니다. 그런데도 生命생명이 硅素규소를 뼈대로 삼지 않은 것은, 硅素규소 原子원자끼리의 結合결합이 炭素탄소끼리의 結合결합보다 弱약하고 硅素규소가 酸素산소와 매우 단단하게 結合결합하기 때문입니다. 酸素산소가 많은 地球지구 環境환경에서 硅素규소는 긴 사슬 대신 酸素산소와 結合결합한 鑛物광물이 됩니다. 炭素탄소가 酸素산소와 結合결합한 二酸化炭素이산화탄소는 氣體기체여서 生物생물이 쉽게 吸收흡수하고 내보낼 수 있지만, 硅素규소가 酸素산소와 結合결합한 二酸化硅素이산화규소는 모래와 石英석영 같은 단단한 固體고체입니다. 같은 族족에 屬속해 原子價원자가 電子전자 數수가 같아도 原子원자의 크기와 結合결합의 세기가 다르면 自然자연에서 맡는 役割역할이 完全완전히 달라지는 것입니다.

生命體생명체 속 다른 元素원소의 役割역할도 週期律表주기율표의 자리와 關聯관련이 있습니다. 1族족의 나트륨과 칼륨은 쉽게 $Na^+$과 $K^+$이 되어 몸속 液體액체에 녹아 있으며, 神經신경 細胞세포의 膜막 안팎을 오가면서 電氣전기 信號신호를 만듭니다. 2族족의 칼슘은 $Ca^{2+}$이 되어 燐인과 함께 뼈와 이를 단단하게 만들고, 筋肉근육의 收縮수축에도 關與관여합니다. 酸素산소는 電子전자를 끌어당기는 性質성질이 强강해 呼吸호흡에서 電子전자를 最終的최종적으로 받아들이는 物質물질이 됩니다.

自然자연의 規則性규칙성

週期律주기율의 歷史역사는 自然자연의 規則性규칙성을 찾아가는 科學과학의 方法방법을 잘 보여 줍니다. 化學者화학자들은 수많은 元素원소의 性質성질을 觀察관찰하고 比較비교해 '性質성질이 되풀이된다'는 規則규칙을 導出도출했습니다. 멘델레예프는 그 規則규칙에서 아직 보지 못한 元素원소의 性質성질을 豫測예측했고, 그 豫測예측은 實驗실험으로 檢證검증되었습니다. 그리고 規則규칙이 왜 成立성립하는지는 半世紀반세기 뒤 原子원자 構造구조가 밝혀지면서 說明설명되었습니다.

이 過程과정은 規則규칙을 찾는 것이 끝이 아님을 보여 줍니다. 規則규칙은 豫測예측을 可能가능하게 하고, 豫測예측이 맞으면 規則규칙 뒤에 숨은 原因원인을 찾게 만듭니다. 週期律表주기율표는 只今지금도 새로운 物質물질을 設計설계할 때, 아직 다루어 보지 않은 元素원소의 性質성질을 짐작하는 地圖지도로 쓰이고 있습니다.

整理정리

元素원소의 性質성질이 되풀이되는 것은 原子원자 番號번호가 커질수록 電子전자 껍질이 차례로 채워지고, 가장 바깥 껍질의 電子전자 數수가 週期的주기적으로 되풀이되기 때문입니다. 그리고 原子원자들이 서로 結合결합하는 것은 非活性비활성 氣體기체처럼 安定안정한 電子전자 配置배치에 이르러 에너지가 낮아지기 때문입니다. 地殼지각의 바위와 우리 몸의 細胞세포는 서로 전혀 달라 보이지만, 둘 다 같은 週期律表주기율표 위의 元素원소들이 原子價원자가 電子전자의 規則규칙에 따라 結合결합한 結果결과입니다.