원자가 최외각 전자를 주었을 때 어떤 일이 일어날까요? 변화는 전자껍질에서만 생기며 원자핵의 구조는 아무런 영향을 받지 않습니다. 다만, 소금을 만드는 반응에서 금속과 비금속의 화학반응이 일어난 후에는 원자는 더 이상 전기적으로 중성을 띠지 않습니다. 소립자의 전하는 금속의 경우 양성자에게 유리하게 전이되며, 비금속의 경우는 전하가 전자에 유리하게 전이됩니다.
소듐 원소와 염소 원자에서 염화소듐이 만들어지는 과정을 통해서 전자전달을 자세히 살펴보겠습니다. 중성자 수를 제외하면 소듐은 반응 전에 11개의 양성자와 11개의 전자를, 염소는 반응 전에 17개의 양성자와 17개의 전자를 가지고 있습니다. 두 원소는 소듐 원자의 최외각 전자가 염소 원자에게 전이됨으로써 비활성 기체 상태에 도달합니다. 이때 소듐은 정확하게 네온 원자의 전자 배열을, 염소는 아르곤 원자의 전자 배열을 나타냅니다. 하지만 소듐 원소와 염소 원소는 반응을 통해 비활성 기체의 원자가 된 것입니다. 왜냐하면 양성자의 배열을 달라지지 않았기 때문입니다.
기억을 되살려 보면 양성자 수는 원자 번호와 일치합니다. 원자 번호는 주기율표에서 원소의 위치를 결정합니다. 따라서 양성자 수가 달라진다는 말은 다른 화학 원소가 된다는 것을 의미합니다. 러더퍼드의 산란실험에 비춰보면 이러한 일은 방사능 원소의 경우에 가능합니다. 라듐에서 나오는 알파 입자는 중성자와 더불어 양성자도 포함하고 있습니다. 따라서 원자 질량과 원자 번호도 달라집니다. 방사능 원소들은 연쇄반응을 거치며 다른 원소로 변화되다가 연쇄반응의 끝에 가서 납과 같은 안정된 원소가 됩니다. 이는 핵화학 분야에 속합니다. 원자력이나 핵에너지라는 용어를 들어본 적이 있을 것입니다. 여기서 중요한 것은 원자 껍질입니다.
소듐 원자에서 염소 원자로 전자가 전이됨으로써 염화소듐의 소듐 원자는 16개의 전자만 지니며, 양성자 수는 11개로 유지가 됩니다. 따라서 소듐 원자는 +전하를 띠고 소듐 양이온이 생깁니다. 염소 원자의 핵은 양성자보다 전자가 1개 더 많습니다. 따라서 염소 원자는 전하를 띠고 염소 음이온이 생깁니다. 소금을 만드는 반응과정에서 나타난 전자전달과 이온 형성은 모든 금속과 비금속에 적용할 수 있습니다. 즉, 금속에서는 최외각 전자를 줌으로써 원자핵에서 양성자가 전자보다 많아져 +전하를 띤 금속 양이온이 형성되고, 비금속에서는 최외각 껍질에서 전자를 받아 비금속 음이온이 형성됩니다.
이온이라는 개념은 그리스어에서 유리합니다. 소금은 대게 물에 잘 녹습니다. 따라서 운동하는 전도체가 생기는데, 수용액에 전극을 연결해 전류를 흐르게 하면 이 전도체는 전기장에서 이동합니다. 염소의 음이온을 염화이온이라고 하며 이처럼 –화 이온으로 부르는 것은 할로겐 원소들의 모든 이온과 일부 비금속 원자들의 모든 이온도 마찬가지입니다. 즉, 산소 이온도 산화 이온, 황 이온은 황화 이온, 질소 이온은 질화 이온이라고 합니다. 할로겐 원소들은 17족에 속하고 할로겐 이온이 되기 위해서는 전자 1개를 얻어야 합니다. 따라서 모든 할로겐 이온들은 -1가의 전하를 띱니다. 이는 16족의 성질과 관련이 있습니다. 16족의 원소들은 비활성 기체 상태에 도달하기 위해서 2개의 전자를 얻어야 합니다. 질소와 인 같은 5족의 비금속 원소들은 3개의 전자를 얻어야 합니다. 따라서 -3가의 전하를 띤 질소화 이온과 인화 이온이 생깁니다.
주기율표의 왼쪽 위에서 오른쪽 아래로 대각선을 그어 금속과 비금속을 나눌 수 있습니다. 이러한 구분이 얼마나 유용했는지 알 수 있을 것입니다. 족에서 전자주개를 전자받개를 구분해야 할 때 이렇게 대각선을 그어 나누면 아주 편리합니다. 1족과 2족의 경우는 특징이 한눈에 들어옵니다. 이들은 모두 금속입니다. 1족의 알칼리 금속은 +1가의 양이온을, 2족의 알칼리토금속은 +2가의 양이온을 형성합니다. 또한 13족에서 알루미늄은 +3가의 양이온을 형성하는 것을 알 수 있습니다.
이 방법을 이용하면 화학적 장치나 화학물질이 없어도 주기율표상으로 염화소듐, 플루오드화소듐, 아이오딘화소듐, 산화칼슘, 황화바륨, 염화알루미늄, 산화알루미늄, 황화마그네슘 등과 같은 몇 가지 염을 만들 수 있습니다. 이런 종류의 화합물은 얼마든지 만들 수 있고 모두 같은 유형의 반응으로 형성됩니다. 즉, 전자주개인 금속이 전자받개인 비금속에 최외각 전자를 줍니다. 금속과 비금속 양쪽 모두에게 유리한 윈윈 상황이 벌어지는 것입니다. 이 둘은 전자전달 반응을 통해 에너지적으로 안정된 비활성 기체 상태가 됩니다.
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