주기율표를 보면 같은 족이 아래로 갈수록 점차 증가하는 성질이 있는데 이에 해당되지 않는 것은?
- 원자번호
- 원자량
- 가전자의 수
- 오비탈의 총수
정답과 해설 보기
정답 ③ · 주기율표에서 같은 족(주기율표의 세로 줄)에 위치한 원소들은 아래로 내려갈수록 원자 번호가 증가하고, 그에 따라 원자량도 일반적으로 증가합니다. 또한 전자껍질(주量子수)이 증가하므로 오비탈의 총수도 증가하는 경향이 있습니다.
개념 한 쪽
위험물산업기사 원자의 구조 — 전자 배치와 등전자 이온
원자의 구조 세트는 원자번호와 전자 배치, 이온이 될 때 전자 수의 변화, 전자 배치로 족을 읽는 법, 등전자 관계, 전자껍질의 최대 전자 수, 선 스펙트럼이 뜻하는 바를 묻는다.
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시험에 이렇게 나온다
출제기준 단원 「원자의 구조」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 원자가 전자배열로 원소 고르기 | 1 | 주어진 ns2npX 배치에 해당하는 원소 고르기 |
| 전체 전자배치 식 고르기 | 1 | 원자번호로 전체 전자배치 정확도 판단 |
| 이온의 구성입자 수 계산 | 1 | 이온의 전자수·양성자수·중성자수 계산 |
뜻
원자번호는 원자핵의 양성자 수이고, 중성 원자에서는 전자 수와 같다. 전자는 에너지가 낮은 오비탈부터 채워지며 순서는 1s → 2s → 2p → 3s → 3p이고, s 오비탈에는 2개, p 오비탈에는 6개까지 들어간다. 원자번호 14번 규소(Si)는 전자 14개를 이 순서로 채워 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2가 된다. 1s2 2s2 2p6까지가 10개이므로 남은 4개가 3s에 2개, 3p에 2개로 나뉜다.
이온은 전자의 이동으로 만들어진다. 중성 원자가 전자를 잃으면 양전하를 띠는 양이온이 되고, 전자를 얻으면 음전하를 띠는 음이온이 된다. 이온의 전자 수는 원자번호에서 양이온의 전하량을 빼고, 음이온의 전하량을 더해 구한다.
전자 배치는 원소가 속한 족을 알려 준다. ns2np5는 p 오비탈에 전자 5개가 채워진 17족 할로겐의 배치로 플루오린(F), 염소(Cl), 아이오딘(I)이 여기에 속한다. 셀레늄(Se)은 16족이므로 ns2np4 배치를 가져 ns2np5에 해당하지 않는다. ns2np3(n=2, 3, 4)은 15족인 질소(N), 인(P), 비소(As)의 공통 배치다.
등전자 이온은 전자 수가 같은 이온이다. 아르곤(Ar)은 원자번호 18번으로 전자 18개를 가지므로, 황(S, 16번)이 전자 2개를 얻은 S2-가 16+2=18개로 Ar과 같은 전자 배치를 이룬다. 나트륨(Na)이 전자 1개를 잃은 Na+는 10개, 알루미늄(Al)이 3개를 잃은 Al3+도 10개이므로 18개와 맞지 않는다.
전자껍질에 들어갈 수 있는 최대 전자 수는 2n2으로 정해진다. K껍질은 2개, L껍질은 8개, M껍질은 18개이므로 세 껍질이 모두 채워지면 전자는 2+8+18=28개가 된다.
선 스펙트럼은 전자가 불연속적인 에너지 준위 사이를 이동할 때 나오는 빛이다. 따라서 선 스펙트럼이 나타난다는 사실로부터 전자껍질의 에너지가 연속적이지 않고 양자화되어 있음을 알 수 있다.
이온의 구성 입자는 원자번호와 질량수로 센다. 플루오린(F)은 원자번호 9번이므로 양성자 9개이고, 원자량 19에서 양성자 9를 빼면 중성자 10개다. F-은 전자를 1개 얻으므로 전자 수는 10개가 된다. 이온 전자 수를 비교하는 문제는 A2+의 전자 수가 A의 원자번호에서 2를 뺀 값이고 B3-의 전자 수가 n+3이라는 식을 세워 푼다. 두 값이 같으면 A-2 = n+3이므로 A의 원자번호는 n+5가 된다.
예제
선지 판단은 원자번호를 전자 수로 바꾸는지, 전자 배치 순서와 오비탈별 최대 전자 수를 지키는지, 이온의 전자 수를 원자번호에 전하량을 더하거나 빼서 세는지, ns2np5를 17족으로 읽는지, 등전자 판단을 전자 수 18개로 맞추는지, 선 스펙트럼을 에너지 준위의 불연속성과 잇는지에서 갈린다.
대표 기출 3문항
주기율표에서 같은 족에 속하는 원소의 관계를 가장 올바르게 설명한 것은?
- 서로 비슷한 화학적 성질을 갖는다.
- 0족 기체는 이온화 에너지가 작다.
- 원자 번호가 클수록 비금속성이 강해진다.
- 원자번호가 클수록 원자반지름이 짧아진다.
정답과 해설 보기
정답 ① · 주기율표에서 같은 족에 속한 원소들의 공통 성질을 묻는 문제이다. 같은 족의 원소들은 최외각 전자 수가 같기 때문에 서로 비슷한 화학적 성질을 나타낸다.
주기율표에서 같은 족은 최외각 전자 수가 같아 화학적 성질이 유사합니다.
다음 원소들의 주기적인 성질 중 같은 주기에서 원자번호가 증가할수록 감소하는 것은?
- 이온화에너지
- 원자반지름
- 비금속성
- 전기음성도
정답과 해설 보기
정답 ② · 이 문제는 주기율표의 같은 주기에서 원자번호가 증가함에 따라 감소하는 주기적 성질을 묻는다. 동일 주기에서 원자번호가 커질수록 양성자 수가 늘어나 유효 핵전하가 증가하므로, 원자핵이 전자를 더 강하게 끌어당겨 원자반지름이 감소한다.
같은 주기에서 원자번호가 증가하면 핵전하량이 커져 전자 구름을 더 강하게 끌어당기므로 원자 반지름은 감소한다.
자주 묻는 물음
- 원자번호 14번 규소의 전자 배치는 어떻게 채우나요?
- 전자를 1s → 2s → 2p → 3s → 3p 순서로 채웁니다. 1s2 2s2 2p6까지 10개를 채우고 남은 4개를 3s에 2개, 3p에 2개 넣으면 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2가 됩니다.
- 이온의 전자 수와 등전자 관계는 어떻게 판단하나요?
- 양이온은 원자번호에서 전하량을 빼고, 음이온은 전하량을 더해 전자 수를 구합니다. 아르곤은 전자 18개이므로 S2-가 16+2=18개로 등전자이고, Na+와 Al3+는 10개라서 해당하지 않습니다.
- 전자 배치로 족을 알 수 있나요?
- 네. ns2np5는 17족 할로겐, ns2np3은 15족의 배치입니다. 그래서 ns2np5를 가지지 않는 원소를 고를 때는 16족인 셀레늄(Se)처럼 p 전자 수가 다른 원소를 찾습니다.
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