원자 반경 추세 이해: 2가지 핵심 원칙

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원자 반경 추세에 대한 정보가 필요하십니까? 원자 반경의 추세는 어떻습니까? 이 가이드에서는 원자 반경 추세와 작동 방식을 명확하게 설명하겠습니다. 또한 추세에 대한 예외 사항과 화학에 대한 더 넓은 이해의 일부로 이 정보를 사용할 수 있는 방법에 대해서도 논의할 것입니다.

원자 반경 추세를 살펴보기 전에 몇 가지 기본 용어를 검토해 보겠습니다. 원자는 수소, 헬륨, 칼륨 등과 같은 화학 원소의 기본 단위입니다. 반경은 물체의 중심과 바깥 가장자리 사이의 거리입니다.

원자 반경은 두 원자의 핵 사이 거리의 1/2입니다. 원자 반지름은 피코미터(1피코미터는 1조분의 1미터와 같습니다)로 측정됩니다. 수소(H)는 약 25pm에서 가장 작은 평균 원자 반경을 갖는 반면, 세슘(Cs)은 약 260pm에서 가장 큰 평균 원자 반경을 갖습니다.

파이썬이 포함되어 있습니다

원자 반경 추세는 무엇입니까? 그 원인은 무엇입니까?

두 가지 주요 원자 반경 추세가 있습니다. 하나의 원자 반경 추세는 주기율표에서 왼쪽에서 오른쪽으로 이동할 때(기간 내에서 이동) 발생하고, 다른 추세는 주기율표의 위에서 아래로 이동할 때(그룹 내에서 이동) 발생합니다. 아래는 원자 반지름이 어떻게 변하는지를 화살표로 표시한 주기율표입니다. 각 원자 반경 추세를 이해하고 시각화하는 데 도움이 됩니다. 이 섹션의 끝에는 각 원소에 대한 추정된 경험적 원자 반경이 포함된 차트가 있습니다.

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원자 반경 추세 1: 원자 반경은 일정 기간에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 감소합니다.

첫 번째 원자 반경 주기 추세는 다음과 같습니다. 한 주기에 걸쳐 왼쪽에서 오른쪽으로 움직일수록 원자 크기는 감소합니다. 일정 기간의 원소 내에서 각각의 새로운 전자가 동일한 껍질에 추가됩니다. 전자가 추가되면 새로운 양성자도 핵에 추가되어 핵에 더 강한 양전하와 더 큰 핵 인력을 부여합니다.

이는 더 많은 양성자가 추가될수록 핵이 더 강한 양전하를 갖게 되어 전자를 더 강하게 끌어당겨 원자의 핵에 더 가깝게 끌어당긴다는 것을 의미합니다. 전자가 핵에 더 가까이 끌려가면 원자의 반경이 작아집니다.

원자 번호 6번인 탄소(C)와 원자 번호 9번인 불소(F)를 비교하면 원자 반경 추세에 따라 다음과 같은 사실을 알 수 있습니다. 탄소 원자는 불소 원자보다 더 큰 반경을 갖습니다. 3개의 추가 양성자가 불소에 있기 때문에 전자를 핵에 더 가깝게 끌어당기고 불소의 반경이 줄어들기 때문입니다. 그리고 이것은 사실이다; 탄소의 평균 원자 반경은 약 70pm이고 불소의 평균 원자 반경은 약 50pm입니다.

원자 반경 추세 2: 그룹 아래로 이동하면 원자 반경이 증가합니다.

두 번째 원자 반경 주기 추세는 다음과 같습니다. 주기율표의 한 족에서 아래쪽으로 갈수록 원자 반지름이 증가합니다. 아래로 이동하는 각 그룹에 대해 원자는 추가 전자 껍질을 얻습니다. 각각의 새로운 껍질은 원자핵에서 더 멀리 떨어져 있어 원자 반경이 증가합니다.

원자가 전자(가장 바깥 껍질에 있는 전자)가 핵으로 끌릴 것이라고 생각할 수도 있지만, 전자 차폐는 그런 일이 일어나는 것을 방지합니다. 전자 차폐는 원자가 하나 이상의 전자 껍질을 가질 때마다 외부 전자와 원자핵 사이의 인력이 감소하는 것을 의미합니다. 따라서 전자 차폐로 인해 원자가 전자는 원자의 중심에 특별히 가까이 다가가지 못하고, 그렇게 가까이 다가갈 수 없기 때문에 원자의 반경이 더 커집니다.

예를 들어, 칼륨(K)은 나트륨(Na)(180pm)보다 평균 원자 반경(220pm)이 더 큽니다. 칼륨 원자는 나트륨 원자에 비해 전자 껍질이 더 많습니다. 이는 원자가 전자가 핵에서 더 멀리 떨어져 있어 칼륨의 원자 반경이 더 크다는 것을 의미합니다.

경험적 원자 반경

원자 번호	상징	요소 이름	경험적 원자 반경(pm)
1	시간	수소	25
2	그	헬륨	데이트하지 않는다
삼	저것	리튬	145
4	BE	베릴륨	105
5	비	붕소	85
6	씨	탄소	70
7	N	질소	65
8	영형	산소	60
9	에프	플루오르	오십
10	예	네온	데이트하지 않는다
열하나	이미	나트륨	180
12	마그네슘	마그네슘	150
13	로	알류미늄	125
14	응	규소	110
열 다섯	피	인	100
16	에스	황	100
17	Cl	염소	100
18	와 함께	아르곤	데이트하지 않는다
19	케이	칼륨	220
이십	저것	칼슘	180
이십 일	SC	스칸듐	160
22	의	티탄	140
23	안에	바나듐	135
24	Cr	크롬	140
25	망	망간	140
26	믿음	철	140
27	공동	코발트	135
28	~ 안에	니켈	135
29	와 함께	구리	135
30	아연	아연	135
31	여기	갈륨	130
32	게	게르마늄	125
33	처럼	비소	115
3. 4	그	셀렌	115
35	브르	브롬	115
36	아니요	크립톤	데이트하지 않는다
37	Rb	루비듐	235
38	경	스트론튬	200
39	그리고	이트륨	180
40	Zr	지르코늄	155
41	NB	니오브	145
42	모	몰리브덴	145
43	Tc	테크네튬	135
44	루	루테늄	130
넷 다섯	Rh	로듐	135
46	PD	보장	140
47	~에	은	160
48	CD	카드뮴	155
49	~ 안에	인듐	155
오십	Sn	믿다	145
51	Sb	안티몬	145
52	그만큼	텔루르	140
53	나	요오드	140
54	자동차	기호 엑스 에	데이트하지 않는다
55	CS	세슘	260
56	아니다	바륨	215
57	그만큼	란탄	195
58	이것	세륨	185
59	홍보	프라세오디뮴	185
60	Nd	네오디뮴	185
61	오후	프로메튬	185
62	SM	사마륨	185
63	유럽 연합	유로퓨움	185
64	하나님	가돌리늄	180
65	결핵	테르븀	175
66	저것들	디스프로슘	175
67	에게	홀뮴	175
68	~이다	에르븀	175
69	Tm	툴륨	175
70	이브	이테르븀	175
71	루	파리	175
72	HF	하프늄	155
73	깃 달기	탄탈	145
74	안에	텅스텐	135
75	답장	레늄	135
76	너	오스뮴	130
77	그리고	이리듐	135
78	백금	백금	135
79	~에	금	135
80	HG	수은	150
81	틀	탈륨	190
82	납	선두	180
83	와	창연	160
84	후에	폴로늄	190
85	~에	아스타틴	데이트하지 않는다
86	Rn	라돈	데이트하지 않는다
87	정말로	프랑슘	데이트하지 않는다
88	해	라듐	215
89	그리고	악티늄	195
90	목	토륨	180
91	잘	프로트악티늄	180
92	안에	우라늄	175
93	예:	해왕성	175
94	할 수 있었다	플루토늄	175
95	오전	아메리슘	175
96	센티미터	큐륨	데이트하지 않는다
97	Bk	버클륨	데이트하지 않는다
98	참조	캘리포니아	데이트하지 않는다
99	~이다	아인슈타이늄	데이트하지 않는다
100	FM	페르뮴	데이트하지 않는다
101	메릴랜드	멘델레예프	데이트하지 않는다
102	아니요	고귀한	데이트하지 않는다
103	Lr	로렌슘	데이트하지 않는다
104	RF	러더포디움	데이트하지 않는다
105	DB	더브늄	데이트하지 않는다
106	Sg	시보그늄	데이트하지 않는다
107	ㅎ	보륨	데이트하지 않는다
108	HS	하슘	데이트하지 않는다
109	산	마이트네리움	데이트하지 않는다
110	DS	다름스타튬	데이트하지 않는다
111	Rg	뢴트게늄	데이트하지 않는다
112	Cn	코페르니쿠스	데이트하지 않는다
113	ㅎ	니호늄	데이트하지 않는다
114	~ 안에	플레로비움	데이트하지 않는다
115	맥	모스코비움	데이트하지 않는다
116	레벨	리버모리움	데이트하지 않는다
117	TS	테네신	데이트하지 않는다
118	그리고	오가네손	데이트하지 않는다

원천: 웹요소

원자 반경 추세에 대한 3가지 예외

위에서 논의한 두 가지 원자 반경 추세는 대부분의 원소 주기율표에 적용됩니다. 그러나 이러한 추세에는 몇 가지 예외가 있습니다.

한 가지 예외는 희가스입니다. 주기율표 18족에 속하는 6가지 비활성 기체는 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 크세논(Xe) 및 라돈(Rn)입니다. 비활성 기체는 다른 원자와 다르게 결합하기 때문에 예외입니다. 희가스 원자는 결합할 때 서로 가까워지지 않습니다. 원자 반경은 핵 사이 거리의 절반이기 때문에 둘 원자, 그 원자들이 서로 얼마나 가까운지는 원자 반경에 영향을 미칩니다.

각 비활성 기체는 가장 바깥쪽 전자 껍질이 완전히 채워져 있습니다. 여러 개의 비활성 기체 원자는 결합을 통해서가 아니라 반 데르 발스 힘에 의해 함께 유지됩니다. 반 데르 발스 힘은 공유 결합만큼 강하지 않으므로 반 데르 발스 힘으로 연결된 두 원자는 공유 결합으로 연결된 두 원자만큼 서로 가까워지지 않습니다. 이는 경험적 반경을 찾으려고 하면 비활성 기체의 반경이 과대평가될 수 있음을 의미합니다. 따라서 희가스 중 어느 것도 경험적 반경을 가지지 않으므로 원자 반경 추세를 따르지 않습니다.

아래는 거의 같은 크기의 원자 4개로 구성된 매우 단순화된 다이어그램입니다. 맨 위의 두 원자는 공유 결합으로 연결되어 있어 원자 사이에 일부 겹침이 발생합니다. 아래쪽 두 개의 원자는 비활성 기체 원자이며 원자가 서로 가까워지는 것을 허용하지 않는 반 데르 발스 힘에 의해 연결됩니다. 빨간색 화살표는 핵 사이의 거리를 나타냅니다. 이 거리의 절반은 원자 반경과 같습니다. 보시다시피, 네 개의 원자가 모두 거의 같은 크기라도 비활성 기체의 반경은 다른 원자의 반경보다 훨씬 큽니다. 두 반경을 비교하면 비활성 기체 원자가 그렇지 않더라도 더 크게 보일 것입니다. 비활성 기체 반경을 포함하면 사람들은 비활성 기체 원자의 크기에 대해 부정확한 아이디어를 갖게 됩니다. 비활성 기체 원자는 서로 다르게 결합하기 때문에 반경을 다른 원자의 반경과 비교할 수 없으므로 원자 반경 추세를 따르지 않습니다.

다른 예외로는 주기율표의 맨 아래에 있는 란탄계열과 악티늄계열이 있습니다. 이러한 원소 그룹은 주기율표의 나머지 부분과 다르며 다른 원소가 나타내는 많은 추세를 따르지 않습니다. 두 계열 모두 명확한 원자 반경 추세가 없습니다.

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이 정보를 어떻게 사용할 수 있나요?

일상 생활에서 다양한 원소의 원자 반경을 알 필요는 없을지 모르지만, 이 정보는 화학이나 다른 관련 분야를 공부하는 경우 여전히 도움이 될 수 있습니다. 각 주요 원자 반경 주기 추세를 이해하면 요소에 대한 다른 정보를 더 쉽게 이해할 수 있습니다.

예를 들어, 비활성 가스는 완전한 외부 전자 껍질을 가지고 있기 때문에 원자 반경 추세에서 예외라는 것을 기억할 수 있습니다. 이러한 외부 전자 껍질은 또한 비활성 가스를 불활성이고 안정적으로 만듭니다. 그 안정성은 편리할 수 있습니다. 예를 들어 풍선은 일반적으로 수소가 아닌 헬륨으로 채워져 있습니다. 헬륨은 훨씬 더 안정적이어서 인화성이 적고 사용하기에 더 안전하기 때문입니다.

원자 반경을 사용하여 다양한 요소의 반응성을 추정할 수도 있습니다. 반경이 작은 원자는 반경이 큰 원자보다 반응성이 더 큽니다. 할로겐(17족)은 주기율표에서 평균 반지름이 가장 작습니다. 불소는 할로겐의 원자 반경이 가장 작으며(추세에 따라 의미가 있음) 반응성이 높습니다. 물에 불소를 첨가하는 것만으로도 불소가 가스로 변하면서 불꽃이 발생합니다.

요약: 주기적인 추세 원자 반경

두 가지 주요 원자 반경 추세가 있습니다. 첫 번째 원자 반경 주기 추세는 그룹 내에서 아래쪽으로 이동할 때 원자 반경이 증가한다는 것입니다. 이는 전자 차폐 때문입니다. 추가 껍질이 추가되면 이러한 새로운 전자는 원자 핵에서 멀어져 원자 반경이 증가합니다. 두 번째 원자 반경 주기 추세는 원자 크기가 주기에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 이동하면서 감소한다는 것입니다. 왜냐하면 더 많은 양성자를 가지고 있기 때문에 원자의 더 강한 양전하가 전자를 더 강하게 끌어당겨 핵에 더 가깝게 끌어당겨 원자의 크기를 줄이기 때문입니다.

이러한 경향에는 몇 가지 예외가 있습니다. 특히 대부분의 다른 원자와는 달리 결합을 형성하지 않는 비활성 기체와 란탄족 및 악티늄족 계열이 있습니다. 이 정보를 사용하여 주기율표, 원자 결합 방식, 특정 원소가 다른 원소보다 반응성이 더 높은 이유를 더 잘 이해할 수 있습니다.

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