러시아의 화학자 드미트리 멘델레예프와 독일의 화학자 로타 마이어는 19세기 중반부터 후반에 걸쳐 당시에 이미 알려진 원소들을 화학적으로 유사한 성질에 따라 분류를 했습니다. 이 과정에서 원소들을 원자 질량의 순서대로 배열할 수 있다는 사실도 알게 되었습니다. 오늘날 주기율표에는 100개 이상의 원소들이 있습니다. 주기율표에서 세로줄은 족, 가로줄은 주기를 나타냅니다. 이러한 분류는 우선적으로 화학적 유사성에 따르며, 그다음으로는 원자의 질량에 따릅니다. 그 결과 원소들의 순서가 정해지며, 화학적으로 비슷한 성질이 규칙적으로 반복됩니다. 이러한 방식으로 주기율표에는 18족과 각기 8개의 원소로 구성된 7주기로 분류됩니다. 예외적으로 1주기에는 2개의 원소만 존재합니다.
족은 화학적 유사성에 바탕을 둔 족명을 가지고 있습니다. 즉, 족 18족은 비활성 기체, 18족은 할로겐 원소, 2족은 알칼리토금속, 1족은 알칼리금속이라고 합니다. 중간에 있는 13~16족은 각각 이 족에 속한 첫 번째 원소의 이름에서 유래합니다. 따라서 13족은 붕소족, 14족은 탄소족, 15족은 질소족, 16족은 산소족이라고 합니다. 1족과 2족의 원소들은 모두 금속이고, 17족의 원소들은 비금속이라고 할 수 있으며, 18족은 기체들입니다. 3~12족의 원소들은 전이 원소, 나머지 원소들은 전형 원소라고 부릅니다.
주기율표에서 왼쪽 위에서 오른쪽 아래까지 대각선으로 그으면 대각선의 왼쪽에는 금속, 오른쪽에는 비금속이 위치하게 됩니다. 대각선상과 그 근처에 있는 원소는 반금속입니다. 반금속은 붕소, 규소, 저마늄, 안티몬 등과 같은 원소를 가리키며 단독 또는 화합물로서 반도체 재료로 사용이 됩니다. 반금속은 금속과 비금속의 중간적 성질을 가지고 있습니다.
원소 중에서도 알루미늄에 대해서 좀 더 자세하게 알아보겠습니다. 알루미늄은 일상생활에서 포일과 음료수 캔의 형태로 사용이 됩니다. 이러한 용도의 알루미늄은 순수한 형태지만, 화합물의 형태로 이용되기도 합니다. 알루미늄이 화합물에서 어떤 역할을 하는지는 알루미늄의 소립자가 어떻게 배치되는지에 달려 있습니다. 알루미늄의 원자핵에는 원자 번호와 같은 수의 양성자가 들어 있습니다. 즉, 알루미늄의 양성자 수는 13입니다. 원자의 전자 수도 양성자 수와 같습니다. 왜냐하면 원자는 순수한 형태에서는 전기적으로 중성을 띠기 때문입니다.
알루미늄의 전자는 3개의 껍질에 분산되어 있습니다. 따라서 알루미늄은 3주기에 속합니다. 전자는 에너지의 관점에 따라 분포됩니다. 가장 안쪽 껍질에는 최대 2개의 전자, 안쪽에서 두 번째 껍질에는 최대 8개의 전자가 있습니다. 안쪽에서 세 번째 껍질에는 3개 이상의 전자가 분포합니다. 하지만 알루미늄은 모두 13개의 전자만 있으므로 이 세 번째 껍질에는 3개의 전자만 분포합니다. 이 세 번째 껍질의 전자는 독특한 이름을 지니는데 가장 바깥쪽 껍질을 채우고 있으므로 최외각 전자라고 합니다. 모든 족에서 껍질에 전자가 채워지는 과정을 살펴보면 최외각 전자의 수는 족의 번호에 따라 증가한다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 13~18족의 전형 원소에서 최외각 전자의 수는 족의 번호에서 10을 뺀 수와 같습니다.
1족의 원소들에는 최외각 전자가 1개 있고, 2족의 원소들에게는 최외각 전자가 2개, 13족의 원소들에게는 최외각 전자가 3개, 18족의 원소들에는 8개의 최외각 전자가 있습니다. 따라서 18족의 모든 비활성 기체에는 8개의 최외각 전자가 있습니다. 그렇다면 비활성 기체는 모두 8개의, 최외각 전자를 가질까요? 반드시 그런 것은 아닙니다. 최외각 전자 수와 관련해서는 비활성 기체가 결정적인 역할을 합니다. 모든 원소는 화학결합을 통해 비활성 기체가 지난 것과 같은 수의 최외각 전자 수를 가지려고 합니다. 비활성 기체는 최외각 전자가 8개로, 가장 안정된 상태를 유지하고 있기 때문입니다.
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