개념 한 쪽
주기율표 세트는 족과 주기의 경향, 원자의 전자 구조, 그리고 이온이 되었을 때의 전자 수를 함께 묻는다. 같은 족 원소의 성질이 비슷한 이유, 할로겐의 성질과 전자 구조, 중성원자가 전자를 잃으면 되는 것, 같은 주기에서 원자번호가 커질수록 감소하는 성질, 금속의 전도성이 생기는 이유, 선 스펙트럼으로 알 수 있는 사실, 이온의 전자 수가 같을 때 원자번호 구하기, 제3주기에서 음이온이 되기 쉬운 경향이 한 묶음으로 나온다.
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출제기준 단원 「원소의 주기율표」의 공개 문제 2개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 할로겐 설명의 옳고 그름 판단 | 1 | 할로겐 원소의 전자수·상태 관련 설명의 진위 |
| 이온 형성·전자수 관련 문제 | 1 | 이온이 될 때 잃는 입자와 이온의 전자수 계산 |
주기율표는 원자 번호(양성자 수)가 커지는 순으로 배열한다. 족은 세로줄, 주기는 가로줄이다. 같은 족 원소는 최외각 전자 수가 같아 화학적 성질이 비슷하다. 1족은 가전자가 1개이고, 17족 할로겐은 ns²np⁵의 전자 구조를 가진다. 할로겐 중 브롬은 상온에서 액체이므로 기체라고 적은 설명이 틀리고, 셀레늄(Se)은 16족이라 ns²np⁵ 구조를 가지지 않는다.
같은 주기에서 오른쪽으로 갈수록 원자 번호와 핵전하가 커져 전자 구름을 강하게 당기므로 원자 반지름은 작아진다. 전자껍질 수는 같은 주기에서 같다. 제3주기에서 오른쪽으로 갈수록 비금속성이 강해져 전자 친화도가 커지므로 음이온이 되기 쉽다.
이온의 전자 수는 원자번호와 전하로 계산한다. A가 A²⁺가 되면 전자수는 원자번호에서 2를 뺀 값이고, B가 B³⁻가 되면 원자번호에 3을 더한 값이다. 두 값이 같다는 조건으로 방정식을 세운다. 중성원자가 전자를 잃으면 양이온이 된다.
원자의 전자 구조와 스펙트럼도 같은 세트에 실린다. 금속이 열과 전기를 잘 전도하는 것은 원자 사이를 자유롭게 움직이는 자유전자 때문이다. 원자가 내는 빛이 선 스펙트럼을 이루는 것은 전자가 불연속적인 에너지 준위 사이를 이동하기 때문이다. 이온화에너지는 바닥상태 원자에서 전자 하나를 떼어내는 데 필요한 최소 에너지이고, 0족 기체는 전자껍질이 꽉 차 반응성이 매우 낮다. 전이원소는 d블록에 있어 여러 산화수를 가지며 촉매·합금 재료로 쓰인다.
출제 패턴은 네 가지다. ① 족의 공통점 — 같은 족은 최외각 전자 수가 같아 성질이 비슷하고, 할로겐은 ns²np⁵ 구조를 가진다. ② 주기의 경향 — 오른쪽으로 갈수록 원자 반지름이 작아지고 음이온이 되기 쉽다. ③ 전자 수 계산 — 이온의 전하만큼 원자번호에서 빼거나 더해 두 이온의 전자 수를 같게 놓는다. ④ 구조와 스펙트럼 — 금속 전도성은 자유전자, 선 스펙트럼은 불연속 에너지 준위 사이 이동이다.
다음 할로겐 원소들에 대한 설명 중 옳지 않은 것은?
정답 ④ · 할로겐 원소의 성질에 대한 설명 중 틀린 것을 고르는 문제이다. 할로겐은 모두 최외각 전자가 7개이고, 원자 반지름은 주기가 증가할수록 커지므로 가장 작은 원소는 F이다.
할로겐 원소 중 브롬(Br)은 상온에서 액체 상태이므로 기체라는 설명은 틀렸다.
중성원자가 무엇을 잃으면 양이온으로 되는가?
정답 ④ · 이 문제는 중성 원자가 이온이 되는 조건을 묻는 기초 화학 문제이다. 중성 원자에서 양성자 수와 전자 수는 같아 전하가 평형을 이루는데, 전자를 잃으면 양전하가 남아 양이온이 된다.
중성원자는 전자를 잃으면 양전하를 띠는 양이온이 됩니다.
ns2np5 의 전자구조를 가지지 않는 것은?
정답 ③ · 최외각 전자 배치가 ns2np5 구조인 17족 할로겐 원소가 아닌 것을 가려내는 문제이다. ns2np5의 원자가전자 배치를 갖는 원소는 주기율표 17족에 속하는 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘 등이다.
외각 전자 구조가 ns²np⁵인 할로겐 원소는 17족 원소이므로, 17족이 아닌 16족 셀레늄(Se)이 해당 전자구조를 가지지 않는다.
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