고등학교 1~2학년 (15-17세)

주기율표와 원소의 성질

Periodic Table & Properties

주기율표는 원소를 원자 번호 순서로 늘어놓되, 전자 배치가 비슷한 원소끼리 같은 세로줄에 오도록 접어 놓은 표예요. 같은 족은 원자가 전자 수가 같아 화학적 성질이 비슷하고, 같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록 원자 반지름, 이온화 에너지, 전기 음성도가 규칙적으로 변해요. 세 경향은 모두 원자핵이 가장 바깥 전자를 얼마나 세게 끌어당기는가, 곧 유효 핵전하와 전자 껍질 수로 설명할 수 있어요. 그림의 작은 주기율표는 1 ~ 20번 원소의 실제 값을 색의 진하기로 칠해 두어서, 성질을 바꾸면 가로와 세로의 경향이 함께 드러나요.

주기율표는 왜 이런 모양일까

💡 자리가 곧 전자 배치다

①같은 족(세로줄)은 원자가 전자 수가 같다. 1족은 모두 ns¹ 이어서 전자 하나를 잘 잃는 반응성 큰 금속이다

②같은 주기(가로줄)는 전자가 들어 있는 껍질 수가 같다. 3주기 원소는 모두 전자 껍질이 셋이다

③주기율표의 모양은 오비탈이 채워지는 순서를 그대로 따른다. 1 · 2족은 s 오비탈, 13 ~ 18족은 p 오비탈이 채워지는 자리다

④멘델레예프는 빈칸을 남겨 두고 아직 발견되지 않은 원소의 성질을 미리 예측했고, 뒤에 발견된 갈륨과 저마늄이 그 예측과 잘 맞았다

1 ~ 20번 원소의 주기적 성질

성질원자 반지름

🔍 세 경향 비교

①원자 반지름은 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 작아진다. 3주기에서 Na 186 pm 은 Cl 99 pm 의 두 배 가까이 된다

②같은 족에서는 아래로 갈수록 커진다. 전자 껍질이 하나씩 늘기 때문이다

③이온화 에너지는 반지름과 거꾸로, 오른쪽으로 갈수록 커지고 아래로 갈수록 작아진다. 점선 칸은 이 흐름을 거스르는 예외다

④전기 음성도는 F(4.0)가 가장 크고, 18족은 결합을 거의 하지 않아 값을 정하지 않는다

세 경향의 뿌리: 유효 핵전하

원자 반지름

같은 주기 → 작아짐 | 같은 족 ↓ 커짐

같은 주기에서는 유효 핵전하가 커져 전자를 더 가까이 끌어당기고, 같은 족에서는 껍질이 늘어 커진다

이온화 에너지

같은 주기 → 커짐 | 같은 족 ↓ 작아짐

기체 상태의 원자 1 mol 에서 전자 1 mol 을 떼어 내는 데 필요한 에너지

전기 음성도

같은 주기 → 커짐 | 같은 족 ↓ 작아짐

공유 결합에서 공유 전자쌍을 끌어당기는 정도. F 가 4.0 으로 가장 크다

💡 유효 핵전하란

①원자핵의 양성자 수가 핵전하 Z 다

②안쪽 전자들이 핵과 바깥 전자 사이를 가려 핵의 당김이 줄어드는데, 이를 가려막기 효과라고 한다

③가장 바깥 전자가 실제로 느끼는 핵전하가 유효 핵전하이고, Z 보다 작다

④같은 주기에서 오른쪽으로 가면 양성자는 하나씩 늘지만 같은 껍질의 전자끼리는 서로를 잘 가리지 못해 유효 핵전하가 커진다

⑤유효 핵전하가 커지면 전자를 더 세게 잡아 반지름은 줄고, 이온화 에너지와 전기 음성도는 커진다

이온화 에너지의 예외

📐 2족 > 13족, 15족 > 16족

①Be(900) > B(801): B 의 가장 바깥 전자는 2p 에 있다. 2p 는 2s 보다 에너지가 높아 떼어 내기 쉽다

②N(1402) > O(1314): O 의 넷째 2p 전자는 이미 전자가 있는 오비탈에 짝을 지어 들어가 서로 밀어내므로 떼어 내기 쉽다

③3주기에서도 같은 일이 일어나 Mg(738) > Al(578), P(1012) > S(1000) 이다. 그림에서 이온화 에너지를 고르면 이 여덟 칸이 점선으로 표시된다

④그래서 같은 주기에서 이온화 에너지가 언제나 커지는 것은 아니며, 2족과 15족 다음에서 한 번씩 꺾인다

직접 풀어보기

예제 1

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

같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록 양성자 수가 늘고, 같은 껍질에 더해지는 전자는 서로를 잘 가리지 못한다.

같은 주기: 양성자 수 ↑ → 유효 핵전하 ↑

전자 껍질 수는 그대로인데 핵의 당김이 세지므로 전자가 핵 쪽으로 끌려와 반지름이 작아진다.

전자 껍질 수 같음 + 유효 핵전하 ↑ → 반지름 감소

▸ 원자 반지름이 작아진다

그림의 3주기 줄에서 Na 186 pm 부터 Cl 99 pm 까지 색이 점점 푸르게 바뀌는 것이 이 경향이다.

예제 2

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

같은 주기에서는 오른쪽으로 갈수록 유효 핵전하가 커져 전자를 떼어 내기 어려워진다.

같은 주기: 오른쪽으로 갈수록 이온화 에너지 ↑

Cl 은 Na 보다 오른쪽에 있으므로 이온화 에너지가 더 크다. 실제 값은 Na 496, Cl 1251 kJ/mol 이다.

Cl(1251) > Na(496)

▸ Cl

Na 는 전자 하나를 잃으면 Ne 와 같은 안정한 배치가 되어 쉽게 Na⁺ 가 되고, Cl 은 전자를 내주기보다 받아들이려 한다.

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.

Na 는 3주기의 가장 왼쪽(1족) 원소이므로 반지름이 가장 크다.

Na(186 pm) > Mg(160) > Al(143) > Si(117) > Cl(99)

🎯 시험 포인트

①원자 반지름은 같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 작아지고, 같은 족에서 아래로 갈수록 커진다

②이온화 에너지와 전기 음성도는 반지름과 반대 경향이다. 이온화 에너지의 2족 · 15족 예외를 챙긴다

③전기 음성도는 F 가 가장 크고 그다음이 O 다

④18족은 전기 음성도를 정하지 않는다

⑤세 경향은 모두 유효 핵전하와 전자 껍질 수로 설명한다

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전자 배치

동위원소와 평균 원자량

마지막 수정 2026-10-17

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