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주기 (주기율표)

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주기 (주기율표)
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주기율표에서 주기(周期, Period)는 화학 원소의 행(가로줄)이다. 한 행의 모든 원소는 동일한 수의 전자 껍질을 가진다. 한 주기의 다음 각 원소는 양성자를 하나 더 가지고 이전 원소보다 금속성이 적다. 이러한 방식으로 배열된 동일한 (열)에 있는 원소는 주기율을 반영하여 유사한 화학적물리적 성질을 가진다. 예를 들어, 할로젠은 끝에서 두 번째 족(17족)에 속하며, 높은 반응성과 하나의 전자를 얻어 비활성 기체 전자 배열에 도달하려는 경향과 같은 유사한 특성을 공유한다. 2025년 기준 총 118개의 원소가 발견 및 확인되었다.

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마델룽 에너지 순서 규칙은 마델룽 규칙에 따라 궤도들이 증가하는 에너지 순서로 배열되는 방식을 설명한다. 각 대각선은 n + l의 다른 값에 해당한다.
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원소 주기율표에서 번호가 매겨진 각 행은 주기이다.

현대 양자역학은 이러한 속성의 주기적 경향을 가지는 이유를 전자 껍질로 설명한다. 원자 번호가 증가할수록 껍질은 순서 규칙 다이어그램에 표시된 대략적인 순서로 전자로 채워진다. 각 껍질이 채워지는 것은 표의 한 행에 해당한다.

주기율표의 F-구역P-구역에서 같은 주기 내의 원소는 일반적으로 속성에서 경향이나 유사성을 보이지 않는다(족을 따라가는 수직적 경향이 더 중요하다). 그러나 D-구역에서는 주기를 가로지르는 경향이 중요해지고, F-구역 원소에서는 주기를 가로지르는 높은 유사성이 나타난다.

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주기

요약
관점

현재 주기율표에는 118개의 알려진 원소를 포함하여 7개의 완전히 차 있는 주기가 있다. 새로운 원소는 8주기에 배치될 것이다. 확장 주기율표를 참조하라. 원소들은 아래에서 구역별로 색상이 지정되어 있다. S-구역은 빨간색, P-구역은 노란색, D-구역은 파란색, F-구역은 녹색이다.

1주기

자세한 정보 족, 원자 # 이름 ...

1주기는 다른 주기보다 적은 수의 원소를 포함하며, 오직 두 가지, 수소헬륨만 있다. 따라서 이들은 옥텟 규칙을 따르지 않고 이중체 규칙을 따른다. 화학적으로 헬륨은 비활성 기체처럼 행동하므로 18족 원소의 일부로 간주된다. 그러나 핵 구조 측면에서는 S-구역에 속하므로 때로는 2족 원소로 분류되거나, 동시에 2족과 18족으로 분류되기도 한다. 수소는 전자를 쉽게 잃거나 얻으므로 화학적으로 1족 원소17족 원소 모두처럼 행동한다.

  • 수소 (H)는 가장 풍부한 화학 원소이며, 우주 전체 원소 질량의 약 75%를 차지한다.[1] 이온화된 수소는 그저 양성자이다. 주계열 항성들은 주로 플라스마 상태의 수소로 구성되어 있다. 원소 상태의 수소는 지구상에서 비교적 희귀하며, 메테인과 같은 탄화수소에서 산업적으로 생산된다. 수소는 대부분의 원소와 화합물을 형성할 수 있으며, 과 대부분의 유기 화합물에 존재한다.[2]
  • 헬륨 (He)은 극단적인 조건을 제외하고는 오직 기체로만 존재한다.[3] 헬륨은 두 번째로 가벼운 원소이며 우주에서 두 번째로 풍부하다.[4] 대부분의 헬륨은 대폭발 동안 형성되었지만, 새로운 헬륨은 별에서 수소의 핵융합을 통해 생성된다.[5] 지구상에서 헬륨은 비교적 희귀하며, 일부 방사성 원소의 자연적인 붕괴의 부산물로만 발생한다.[6] 이러한 '방사성 발생' 헬륨은 천연가스에 부피 기준으로 최대 7%의 농도로 갇혀 있다.[7]

2주기

자세한 정보 족, 원자 # 이름 ...

2주기 원소에는 2s2p 원자 궤도가 포함된다. 이들은 수소 외에 생물학적으로 가장 필수적인 원소인 탄소, 질소, 산소가 있다.

  • 리튬 (Li)은 가장 가벼운 금속이며 가장 밀도가 낮은 고체 원소이다.[8] 비이온화 상태에서는 가장 반응성이 높은 원소 중 하나이므로 자연에서는 항상 화합물 형태로만 발견된다. 이것은 대폭발 동안 대량으로 형성된 가장 무거운 원시 원소이다.
  • 베릴륨 (Be)은 모든 경금속 중에서 가장 높은 녹는점 중 하나를 가지고 있다. 소량의 베릴륨은 대폭발 동안 합성되었지만, 대부분은 핵 붕괴하거나 별 내부에서 탄소, 질소, 산소와 같은 더 큰 핵을 만들기 위해 추가로 반응했다. 베릴륨은 국제 암 연구 기관에서 1군 발암 물질로 분류된다.[9] 1%에서 15%의 사람들이 베릴륨에 민감하며, 호흡계피부에 만성 베릴륨 질환이라고 불리는 염증 반응을 일으킬 수 있다.[10] 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 주 거울은 베릴륨으로 만들어졌다.
  • 붕소 (B)는 자유 원소로 자연적으로 발생하지 않지만, 붕산염과 같은 화합물 형태로 존재한다. 붕소는 세포벽 강도와 발달, 세포 분열, 씨앗 및 과일 발달, 설탕 운반 및 호르몬 발달에 필요한 필수 식물 미량영양소이다.[11][12] 그러나 높은 수준은 독성이 있다.
  • 탄소 (C)는 수소, 헬륨, 산소에 이어 우주에서 질량 기준으로 네 번째로 풍부한 원소이며[13], 산소에 이어 질량 기준으로 인체에서 두 번째로 풍부한 원소이며[14], 원자 수로는 세 번째로 풍부하다.[15] 탄소가 C-C 결합의 길고 안정적인 사슬을 형성할 수 있는 능력 때문에 탄소를 포함하는 화합물의 수는 거의 무한하다.[16][17] 생명에 필수적인 모든 유기 화합물은 적어도 하나의 탄소 원자를 포함한다.[16][17] 수소, 산소, 질소, 황, 인과 결합하여 탄소는 모든 중요한 생물학적 화합물의 기초를 이룬다.[17]
  • 질소 (N)는 주로 대부분 비반응성이원자 분자 가스 N2로 발견되며, 이는 지구 대기 부피의 78%를 차지한다. 질소는 단백질의 필수 성분이며 따라서 생명에 필수적이다.
  • 산소 (O)는 대기 부피의 21%를 차지하며, 모든 (또는 거의 모든) 동물에게 호흡에 필요하며, 의 주요 구성 요소이다. 산소는 우주에서 세 번째로 풍부한 원소이며, 산소 화합물은 지구 지각을 지배한다.
  • 플루오린 (F)은 비이온화 상태에서 가장 반응성이 높은 원소이므로 자연에서는 그렇게 발견되지 않는다.
  • 네온 (Ne)은 네온 조명에 사용되는 비활성 기체이다.

3주기

자세한 정보 족, 원자 # 이름 ...

모든 3주기 원소는 자연에서 발생하며 적어도 하나의 안정 동위 원소를 가진다. 아르곤을 제외한 모든 비활성 기체는 기본적인 지질학 및 생물학에 필수적이다.

4주기

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왼쪽부터 오른쪽으로 수용액 상태의 4주기 원소. 각각 Co(NO3)2 (빨간색), K2Cr2O7 (주황색), K2CrO4 (노란색), NiCl2 (초록색), CuSO4 (파란색), KMnO4 (보라색)이다.

4주기는 생물학적으로 필수적인 원소인 칼륨칼슘을 포함하며, 더 가벼운 전이 금속을 가진 D-구역의 첫 번째 주기이다. 여기에는 주계열 항성에서 생성된 가장 무거운 원소이자 지구의 주요 구성 요소인 을 비롯하여 코발트, 니켈, 구리와 같은 다른 중요한 금속들이 포함된다. 거의 모든 원소가 생물학적 역할을 한다.

4주기를 완성하는 여섯 개의 p-구역 원소는 갈륨, 저마늄, 비소, 셀레늄, 브로민, 크립톤이다.

5주기

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5주기는 4주기와 동일한 수의 원소를 가지며, 동일한 일반적인 구조를 따르지만 전이후 금속이 하나 더 많고 비금속이 하나 더 적다. 생물학적 역할을 하는 세 가지 가장 무거운 원소 중 두 가지(몰리브데넘아이오딘)가 이 주기에 속한다. 6주기의 텅스텐은 더 무겁고, 초기 란타넘족 원소 중 몇 가지도 마찬가지이다. 5주기는 또한 가장 가벼운 전적으로 방사성 원소인 테크네튬을 포함한다.

6주기

자세한 정보 족, 원자 # 이름 ...

6주기는 란타넘족(일명 희토류 원소)을 포함하는 F-구역을 포함하는 첫 번째 주기이며, 가장 무거운 안정 원소를 포함한다. 이 중금속 중 다수는 독성이 있고 일부는 방사성이지만, 백금은 대체로 비활성이다.

7주기

자세한 정보 족, 원자 # 이름 ...

7주기의 모든 원소는 방사성이다. 이 주기에는 지구에서 자연적으로 발생하는 가장 무거운 원소인 플루토늄이 포함된다. 이 주기 이후의 모든 원소는 인공적으로 합성되었다. 이 중 다섯 개(아메리슘부터 아인슈타이늄까지)는 현재 거시적 양으로 얻을 수 있지만, 대부분은 극히 희귀하며, 마이크로그램 이하의 양으로만 제조되었다. 일부 후기 원소는 실험실에서 한 번에 몇 개의 원자량으로만 식별되었다.

이러한 원소들 중 다수의 희귀성 때문에 실험 결과가 그리 광범위하지는 않지만, 7주기의 행동에서 주기적 및 족적 경향은 다른 주기보다 덜 명확하게 정의되는 것으로 보인다. 프랑슘라듐은 각각 1족과 2족의 전형적인 특성을 보이지만, 악티늄족란타넘족보다 훨씬 더 다양한 행동과 산화수를 나타낸다. 7주기의 이러한 특이성은 다양한 요인, 특히 높은 정도의 스핀-궤도 결합과 상대론적 효과 때문일 수 있으며, 이는 궁극적으로 그들의 거대한 원자핵으로부터 오는 매우 높은 양의 전하 때문에 발생한다.

8주기

아직 8주기 원소는 합성되지 않았다. G-구역에 전자가 들어갈 것으로 예측된다. 8주기에 예측된 모든 원소가 실제로 물리적으로 가능한지는 명확하지 않다. 따라서 9주기가 없을 수도 있다.

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같이 보기

각주

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