주기율표와 원소의 성질

Periodic Table & Properties

주기율표는 전자 배치를 바탕으로 원소의 성질을 예측하는 지도예요. 같은 족은 최외각 전자 수가 같아 비슷한 성질을 보이고, 같은 주기에서는 유효 핵전하 변화에 따라 원자 반지름·이온화 에너지·전기 음성도가 규칙적으로 변해요. 유효 핵전하가 커지면 전자를 더 세게 잡아 반지름은 줄고 이온화 에너지와 전기 음성도는 커져요. 성질을 고르면 미니 주기율표에서 주기적 경향을 비교할 수 있어요.

직관 도입: 주기율표는 왜 이런 모양인가?

💡 핵심: 전자 배치가 모든 성질을 결정한다

①같은 족(세로줄): 최외각 전자 수 같음 → 비슷한 화학적 성질

②같은 주기(가로줄): 전자 껍질 수 같음 → 원자 크기 비슷

③멘델레예프는 빈칸을 남기고 '아직 발견되지 않은 원소'의 성질을 예측했다

④그 예측이 정확히 맞았다 → 주기율표의 위대함

⑤위치만 알면 성질을 예측할 수 있는 '원소의 지도'

원소의 주기적 성질

성질 선택원자 반지름

🔍 세 가지 경향을 비교해보라!

①원자 반지름: 같은 주기 → 오른쪽 갈수록 감소 (유효핵전하↑)

②이온화 에너지: 같은 주기 → 오른쪽 갈수록 증가

③전기 음성도: F(4.0)가 최대: 비활성 기체는 정의 안 함

④세 성질 모두 '유효 핵전하(Z_eff)'로 통일 설명 가능

유효 핵전하: 세 가지 경향의 근본 원인

원자 반지름

같은 주기: → 감소 | 같은 족: ↓ 증가

유효 핵전하↑ → 전자를 더 세게 당김 → 반지름↓

이온화 에너지

같은 주기: → 증가 | 같은 족: ↓ 감소

전자를 떼어내는 데 필요한 최소 에너지

전기 음성도

같은 주기: → 증가 | 같은 족: ↓ 감소

공유 결합에서 전자를 끌어당기는 능력 (F=4.0 최대)

💡 유효 핵전하란?

①원자핵의 양성자 수 = 핵전하 Z

②내부 전자가 핵전하를 가려줌 = 차폐 효과(shielding)

③유효 핵전하 Z_eff = Z − 차폐 상수

④같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록: Z↑, 차폐는 비슷 → Z_eff↑

⑤Z_eff↑ → 전자를 더 세게 잡음 → 반지름↓, IE↑, EN↑

이온화 에너지의 예외

📐 2족→13족, 15족→16족 예외

①Be(900) > B(801): 2s²에서 2p¹으로 넘어갈 때 에너지 차이

②N(1402) > O(1314): 2p³(반충전) → 2p⁴에서 전자 반발 증가

③이 예외는 오비탈의 안정성(반충전, 완충전)으로 설명

④수능에서 '이온화 에너지가 같은 주기에서 항상 증가하는 것은 아니다'

⑤2족·15족 원소의 이온화 에너지가 다음 원소보다 큰 이유를 설명할 수 있어야 한다

직접 풀어보기

예제 1

같은 주기에서 원자 번호가 커질수록 원자 반지름은 어떻게 변하는가? 그 이유는?

같은 주기에서는 양성자 수가 늘어 핵이 전자를 당기는 힘이 커진다.

같은 주기: 양성자 수 ↑ → 유효 핵전하 ↑

전자가 채워지는 껍질 수는 그대로이므로 반지름은 작아진다.

전자 껍질 수 동일 → 반지름 감소

▸ 원자 반지름 감소

유효 핵전하가 커지면 같은 껍질의 전자를 더 강하게 끌어당겨 반지름이 줄어든다.

예제 2

₁₁Na 과 ₁₇Cl 중 제1 이온화 에너지가 더 큰 것은? (같은 3주기)

같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 유효 핵전하가 커져 이온화 에너지가 증가한다.

같은 주기: 오른쪽으로 갈수록 이온화 에너지 ↑

Cl(17)이 Na(11)보다 오른쪽에 있으므로 이온화 에너지가 더 크다.

Cl(17) > Na(11)

▸ Cl이 더 크다

전자를 떼어내려면 더 강하게 잡혀 있는 Cl 쪽에 더 큰 에너지가 필요하다.

총정리

2023 평가원 모평 화학Ⅰ 유형 변형

다음 3주기 원소 중 원자 반지름이 가장 큰 것은?

①Na

②Mg

③Al

④Si

⑤Cl

▸ ① Na

같은 주기에서는 왼쪽에 있을수록 유효 핵전하가 작아 반지름이 크다.

Na는 3주기에서 가장 왼쪽 원소이므로 반지름이 가장 크다.

원자번호 11(Na)이 3주기에서 가장 왼쪽 → 반지름 최대

🎯 시험 포인트

①원자 반지름: 주기→감소, 족↓증가

②이온화 에너지: 원자 반지름과 반대 경향 (예외 주의!)

③전기 음성도: F > O > N > Cl (암기!)

④비활성 기체(18족)는 전기 음성도 정의 X

⑤유효 핵전하(Z_eff)가 세 성질의 근본 원인: 'Z_eff 증가하면 반지름↓, IE↑, EN↑'