안정하려는 원자들의 선택: 전자를 잃거나 얻는 이유

e - mail : karisany@korea.ac.kr

https://www.youtube.com/watch?v=SY6SOT06UMo

 

 

안녕하세요 과학쉽다입니다. 지난시간에 포스팅한 글을 재미있게 보셨나요?

이번 글에서는 지난 시간에 설명드렸던 원자와 화학결합에 대하여 조금더 이야기 해보려고 합니다.

원자는 우리 주변의 모든 물질을 이루는 가장 기본적인 단위입니다. 직접 눈으로 볼 수 없을 만큼 작지만, 그 내부에는 물질의 성질을 결정하는 중요한 정보들이 가득합니다. 원자의 구조를 따라가다 보면 ‘원소는 왜 이런 성질을 가질까?’, ‘왜 특정 원소끼리 결합하는 걸까?’ 같은 질문들이 자연스럽게 풀려나가죠.

 

---

● 원자의 구성: 전자, 양성자, 중성자

원자는 기본적으로 전자, 양성자, 중성자라는 세 가지 입자로 이루어져 있습니다. 원자의 중심에는 양성자와 중성자로 이루어진 핵이 자리 잡고 있고, 그 주변을 전자가 빠르게 움직입니다. 이때 전자는 음전하를, 양성자는 양전하를, 중성자는 전하를 띠지 않습니다.

원자를 구성하고 있는 전자, 양성자, 중성자의 전하량

 

전하의 크기만 보면 전자와 양성자는 부호가 반대일 뿐 크기는 같습니다. 하지만 질량을 비교하면 이야기가 달라집니다. 양성자는 전자보다 무려 1836배 정도 무겁기 때문에 원자의 질량 대부분은 핵이 차지하게 됩니다. 결국 원자의 질량은 양성자와 중성자의 합으로 결정되며, 전자의 질량은 거의 영향을 미치지 못합니다.

원자를 구성하고 있는 입자들의 질량, 전자의 질량은 매우 작아 원자의 질량은 양성자와 중성자 질량의 합으로 결정 된다

 

---

● 원자의 크기가 달라지는 이유

주기율표를 보면 원자의 크기가 규칙적으로 변한다는 것을 알 수 있습니다. 같은 가로줄(주기)에 있는 원소들은 전자 껍질의 수가 같지만, 오른쪽으로 갈수록 원자는 점점 작아집니다. 그 이유는 간단합니다. 오른쪽으로 갈수록 양성자의 수가 늘어나 핵의 양전하가 커지기 때문에, 핵이 전자를 더 강하게 끌어당겨 원자가 수축하기 때문입니다.

같은 주기에서는 주기율표의 오른쪽으로 갈수록 양성자수가 증가해 원자의 크기가 작아진다.

 

반대로 한 줄 아래로 내려가면 전자를 채워야 하는 껍질이 하나씩 늘어나서 전자가 핵에서 멀어지므로 원자의 크기는 커집니다. 이렇게 원자 크기의 변화는 전자 껍질과 양성자의 수가 만들어내는 자연스러운 결과입니다.

주기율표의 아래쪽으로 갈수록 전자가 위치한 껍질의 번호가 증가해 입자의 크기가 커지는 경향이 있다.

 

---

● 안정하려는 원자들의 선택: 전자를 잃거나 얻는 이유

원자는 가장 안정된 상태를 원합니다. 그 기준은 최외각 전자 껍질이 가득 채워져 있는가입니다. 이 구조를 얻기 위해 원자들은 두 가지 선택을 하게 됩니다. 전자를 잃거나, 혹은 얻거나.

1족과 2족 원소들은 최외각 전자가 1개 또는 2개뿐이라, 부족한 전자를 6~7개나 가져오는 것은 매우 비효율적입니다. 대신 이미 가지고 있는 전자를 빼앗기고 더 작은 전자껍질을 안정적으로 유지하는 편을 선택합니다. 그래서 이들은 전자를 잃고 양이온이 되기 쉽습니다.

1족고 2족 원소들은 부족한 전자 6~7개를 채우기 보다, 전자 1~2개를 읺는게 더 효울적이므로 양이온이 되기 쉽다.

 

반면, 16족과 17족 원소들은 최외각 전자가 6개 또는 7개로 거의 다 채워져 있습니다. 필요한 전자는 겨우 1~2개뿐이기 때문에 다른 원자로부터 전자를 얻어 안정된 상태에 도달하려는 경향이 매우 강합니다. 이 때문에 음이온이 되기 쉬운 것이죠.

---

● 전자를 끌어당기는 힘, 전기음성도

원자들이 화학 결합을 할 때 서로의 전자를 얼마나 끌어당기는지에 따라 결합의 성질이 달라집니다. 이 힘을 수치로 나타낸 것이 전기음성도입니다. 전기음성도가 크다는 것은 결합했을 때 전자를 더 강하게 자신의 쪽으로 당긴다는 뜻입니다.

전기음성도는 주기율표에서 오른쪽으로 갈수록, 그리고 위로 갈수록 커지는 경향을 보입니다. 오른쪽 원소들은 이미 최외각 전자가 거의 채워진 상태라 전자를 더 가져오려는 경향이 강하고, 위쪽으로 올라갈수록 전자 껍질이 줄어들어 전자가 핵에 더 가까워지기 때문에 끌어당기는 힘이 강해지기 때문입니다.

전기음성도는 원소 간의 결합이 이온 결합인지, 공유 결합인지, 혹은 극성을 띠는지 판단할 때 가장 중요한 기준이 되기도 합니다. 작은 숫자 같아 보여도 화학 반응의 성질을 결정하는 데 매우 큰 역할을 합니다.

전기음성도는 주기율표상에서 족이 커질수록, 주기가 작아질수록 커지는 경향이 있다.

 

---

 

이처럼 원자의 구조와 전자의 움직임을 이해하는 일은 단순히 교과서 내용을 정리하는 것이 아니라, 우리가 보는 물질의 다양한 성질을 설명하기 위한 출발점입니다. 원자의 크기, 전자의 이동, 전기음성도와 같은 개념은 복잡한 화학 반응을 이루는 기본 틀이기도 합니다. 이 원리만 잡고 나면 분자 구조나 물질 변화가 한층 더 선명하게 보이기 시작할 것입니다. 다음 글에서는 분자를 구성하고 있는 입자들이 어떤 형식으로 결합을 하고 있는지 알아보도록 하겠습니다.

 

유튜브 : 화학이야기

화학이야기