시리즈:화포자도 쉽게 알 수 있는 화학

화학이 정말 쉬워서 저 화포자 그만둡니다.

문서의 내용이 너무 쉬워서 머리속에 쏙쏙 들어옵니다.

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들어가기 전

이 항목은 화포자도 이해할 수 있는 화학 개념을 적어 보는 집단 연구 문서이다.

화학을 처음 접한 사람을 멘붕에 빠뜨리는 내용 위주로 서술하는 게 좋을 듯하다. 대략적인 수준은 고등학교 화학~대학교 일반화학 정도로 하자. 적극적인 추가바람

현재 목차 구성은 임시로 교재의 단원별 구성을 참고하였습니다. 나중에 학문별 하위분류로 바꿔 주세요. 화학 전공자 여러분의 적극적인 참여 바랍니다.

기초적인 내용

• 물질의 세 가지 상태: 고체solid는 s, 액체liquid는 l, 기체gas는 g로 괄호 안에 표시한다.

예시) 고체 칼슘 Ca(s)

• 순물질과 혼합물

주기율표는 왜 외우나요?

히익 대부분의 선생님들이 화학을 처음 배울 때 외우라고 하는 것이다. 학생들 입장에서는 크고 아름다운스케일에 주눅이 들게 되고, 화학을 하기 싫어지는 첫 번째 이유가 된다. 하지만 어떤 원소의 원자번호, 주기(가로줄), 족(세로줄)은 전부 중요한 성질을 가지고 있으며 그 중 1번~20번까지의 원소는 매우 자주 나오므로 외우는 게 좋다. 외우지 않으려고 해도 계속 화학을 하다 보면 외워질 수밖에 없다.

주기율표를 처음 보면 굉장히 낯설다. 1~18족(세로줄)까지의 원소가 있는데, 1번(수소)~20번(칼슘)까지의 원소는 1, 2, 3, 4… 이런 식으로 배치가 된 게 아니라 1, 2, 13(!), 14,… 순으로 진행된다(미국식 표기라면 1A~8A, 1B~8B얘들도 순서 되게 이상하다로 되어 있을 것이다). 그리고 밑에는 58~71번, 90~103번까지의 원소가 이상하게 따로 분리되어 있다. 일단 가장 거슬리는 건 2족과 13족 사이의 텅 빈 공간이다.

주기율표를 외울 때는 아무 의미가 없어 보여도, 나중에 화학을 배워나갈수록 배치나 숫자 하나하나가 중요한 의미를 담고 있다는 걸 알게 된다. 주기율표가 왜 저런 모양인지도 알 수 있다. 이런 걸 알아가는 것도 화학의 재미라고 볼 수 있다. 더 자세한 내용은 뒤에 나올 주기율표 항목에서 설명한다.

이 세상에 원소가 118개밖에 없다는 걸 어떻게 알아요?

'이 지구상에 있는 원소는 118개 뿐이다'라는 말을 들으면 반감이 생길 것이다. "아니, 이 우주가 얼마나 넓은데, 우리 인간이 아직 발견 못 한 원소가 있을지도 모르잖아요?"라는 의문이 들 것이다.

일단 지금 계속해서 새로운 원소가 발견되는 중인것은 맞다. 하지만, 새로 발견된 원소는 인공적으로 만들어진것들이며, 납을 기준으로 그 위의 원소들은 상대적으로 안정도가 떨어지는데, 가장 큰 이유는 중성자와 양성자의 비율을 맞추기 힘들어지기 때문인데, 양성자끼리는 서로 반발하고, 중성자는 상대적으로 쉽게 이탈할 수 있기 때문에 중성자와 양성자의 수가 많으면 극도로 불안정해지기 때문이다. 이 이상 파고들면 물리학의 영역이다 현재 인공적으로 합성된 많은 원소들은 단 몇초만에 혹은 몇 밀리초만에 소멸해버리기 때문에, 이들을 기초로 하여 더 큰 원자량을 가진 원소들의 생성확률은 더더욱 낮다고 생각을 할 수 있다.

매우 안정된 중성자와 양성자의 조합을 매직 넘버라고 하는데, 현재까지 이 조합에 속하는 원소로 알려진것은 헬륨, 산소, 칼슘, 니켈, 주석, 납이다. 이 다음으로는 운비헥슘이라고 불리우는 원소가 여기에 속했다고 알려져 있지만, 아직까지 만드는데 성공을 하지 못했고, 당연히 그 조건이 매우 까다롭기 때문에 쉽게 발견하긴 힘들것이다. 잊지 말자. 과학은 발견을 하는학문이지, 이게 절대적이라고 선을 긋는 학문이 아니다.

주기율표 외우는 방법.

대부분의 암기법은 1~20번 원소까지만 나와 있다. 그 이상은 이 단계에서 외울 필요가 없기 때문이다. 단, 원자번호에 상관없이 1족(알칼리 금속), 2족(알칼리 토금속), 17족(할로젠), 18족(비활성 기체)는 외워 두면 가끔 유용하다. 이것들도 나중에는 자주 봐서 외워지게 된다. 칼륨과 칼슘의 순서는 헷갈리니 조심할 것.

H(수소) He(헬륨) Li(리튬) Be(베릴륨) B(붕소) C(탄소) N(질소) O(산소) F(플루오린) Ne(네온) Na(나트륨/소듐) Mg(마그네슘) Al(알루미늄) Si(규소(실리콘)) P(인) S(황) Cl(염소) Ar(아르곤) K(칼륨) Ca(칼슘)

• 수헤리베비키니오프네나마알지펩시콜라칼칼신사

그 외 더 많은 암기법은 추가바람

여담

Na은 나트륨이라고도, 소듐이라고도 읽는다. 대학교 가면 책에 죄다 소듐이라고 적혀 있어서 낯설 것이다. K도 칼륨, 포타슘 표기를 둘 다 쓴다. 왜 이렇게 되는지는 Na 항목과 K 항목 참고. 그리고 Si(규소)는 실리콘이라고 읽지만 우리가 흔히 아는 실리콘과 다르다!

원자, 분자 및 이온

주기율표

자세한 부분은 아래의 원소의 주기성 항목에 적자.

오비탈과 양자화학

지옥에 온 것을 환영한다 화 1 선택자들을 멘붕시키는 첫 번째 관문. 하지만 오비탈을 모르면 이 뒤의 내용을 이해할 수 없다. 이 부분은 나만 힘든 게 아니니 기운을 내자. 어렵다면 양자화학 부분은 건너뛰고 오비탈만 읽어도 된다.

원소의 주기성

주기율표의 발전단계

뉴렌즈의 옥타브 법칙

1864년 영국의 화학자 뉴렌즈(Newlands)가 알려진 원소를 질량 순으로 배열하면, 매번 8번째 원소가 비슷한 성질을 갖는다는 것을 알아내었다. 뉴렌즈는 이 법칙을 옥타브 법칙(law of octaves)이라고 이름 지었다. 단 이 법칙은 칼슘 이후의 원소부터는 적절하지 않아서 뉴렌즈는 별로 인정을 못 받았다.

여담으로, 뉴렌즈는 당대에 인정을 못 받은 것 뿐만 아니라 조롱의 대상이 되기까지 했다. 이름을 옥타브음악시간에 들었던 그 옥타브라고 지은 바람에 동료 과학자들이 음악과 엮어서 놀렸다고.

멘델레예프의 주기율표

러시아의 화학자 멘델레예프(Mendeleev)와 독일의 화학자 마이어(Meyer)가 확립한 주기율표로, 현대적인 주기율표와 비슷하다. 멘델레예프의 주기율표는 66가지의 이미 알려진 원소가 포함되어 있었다. 이 주기율표가 대단한 이유는 다음과 같다.

• 원소의 성질을 기초로 하여 좀 더 정확하게 분류하였다.
• 발견되지 않은 원소의 성질을 예측할 수 있었다.

멘델레예프는 에카알루미늄(eka-aluminium)이라는 원소가 원자 질량 68amu에 녹는점이 낮고, 밀도는 5.9g/cm³이며 산화물의 화학식은 Ea₂O₃일 것이라 예측했다. 그런데 4년 뒤 발견된 갈륨(Ga)은 원자 질량 69.9amu에 녹는점은 29.78°C, 밀도가 5.94g/cm³, 산화물의 화학식이 Ga₂O₃였다!오오

여담으로, 갈륨은 낮은 녹는점 때문에 손바닥 위에서도 녹는다. 갈륨으로 만든 숟가락이 있으면 재미있는 장난을 칠 수 있다. 사라지는 숟가락

아직 이때는 원소를 원자번호 순이 아니라 원자량 순으로 나열해서 오류가 있다. 아르곤이 칼륨보다 원자 질량이 커서 1족에 배치되고 칼륨은 18족에 배치되었다. 1족은 반응성이 큰 알칼리 금속, 18족은 반응성이 거의 없는 비활성 기체이다. 그런데 아르곤은 비활성 기체이다. 반면 칼륨은 반응성이 지랄맞게크다! 이 오류는 나중에 영국의 젊은 물리학자 모즐리(Moseley)가 원자번호 순으로 나열한 현대 주기율표를 만들면서 해결된다.

현대 주기율표

현대 주기율표는 원자 번호 순(양성자 개수 순서)대로 배열한다. 따라서 멘델레예프의 주기율표와 다르게 아르곤이 18번, 칼륨이 19번이다.

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