- 2019년 3월 29일

[지식더하기] 멘델레예프와 주기율표

최종 수정일: 2019년 3월 30일

‘화학‘이라고 하면 굉장히 많은 사람들이 ’주기율표‘를 먼저 떠올릴 것이다. "수헬리베붕탄질산-" 주기율표 순서를 달달 외운 적도 한 번 즈음 있지 않은가? 이렇듯 화학이라는 학문과 주기율표는 굉장히 밀접한 관계를 가지고 있다,

[사진1] 현대의 주기율표

주기율표란 원소의 화학적 성질이 일정한 순서(원자량과 비슷한 순서를 가진다)에 따라 주기적으로 변한다는 ‘주기율’을 표로 만들어 놓은 것이다. 이러한 특성 덕분에 우리는 주기율표를 통해 굉장히 많은 사실들을 추측할 수 있고, 현재에 들어서 화학과 주기율표는 뗄레야 뗄 수 없는 관계이다.

주기율표의 발견

우리들은 이러한 주기율표를 처음 만든 사람이 바로 드미트리 이바노비치 멘델레예프(Dmitri Ivanovich Mendeleev)라고 알고있다. 하지만 주기율표를 만들어낸 것은 그가 처음이 아니었다. 물론 가장 체계적으로 원소들을 정렬해놓은 것은 멘델레예프였지만, 이전에도 그때까지 알려진, 비슷한 특징을 가진 원소들을 표의 형식으로 배열한 과학자는 있었다.

[사진2] 3조원소(칼슘, 스트론튬, 바륨 비교)

1829년, 되베라이너는 비슷한 성질을 가지는 원소가 3개씩 짝을 이루는 것을 발견하고, 이들의 원자량이 일정한 간격을 가진다는 것을 발견했다. 실제로 그가 탐구한 원소 중, 비슷한 화학적 성질을 가진 칼슘(Ca) · 스트론튬(Sr) · 바륨(Ba)의 원자량은 각각 40, 88, 137로, 약 88의 일정한 간격을 가진다는 것을 졸 수 있다. 그는 이러한 원소들을 3조원소(triad )라고 불렀는데, 현재로 따지면 주기율표의 같은 '족' 원소들을 분류한 것이다.

[사진3] 땅의 나사

1862년 프랑스의 지질학자 드 샹쿠르투아는 '땅의 나사(vis tellurique)' 라는, 원통형의 일종의 주기율표를 발표했는데, 각 원소를 원자량에 따라 차례로 배열하면, Li-Na-K, O- S, F-Cl 등과 같은 비슷한 성질의 원소가 같은 위치에 온다고 이야기하며 원소들의 주기성을 말하였다.

1863년 영국의 J. A. R. 뉼랜즈는 원소에 원자량 순서로 번호를 붙여 배열하면 8번째마다 비슷한 성질의 원소가 나온다는 것을 보이며, 이에 따라 원소들을 분리하고, 음악의 8옥타브와 비슷하다며 '옥타브의 법칙(law of octaves)' 이라 이름불였다.

[사진4] 멘델레예프의 사진

이후 1869년, D.I.멘델레예프는 《원소의 구성 체계에 대한 제안》 을 통해 원소는 원자량 순서로 나였했을 시 주기별로 비슷한 성질을 가지다는 '주기율'을 이야기하며, 우리가 흔히 알고있는, 당시 알려진 63개의 원소를 원자량 순서로 배치한 주기율표를 발표하였다.

멘델레예프의 예측

그렇다면, 멘델레예프가 '화학의 아버지'라고까지 불리며 칭송받는 이유가 무엇일까? 그가 그냥 기존의 원소들을 주기율표로 정리하기만 했다면 그는 이렇게까지 유명하지 못했을것이다.

그것은 바로, 그가 발견되지 않은 원소들을, 그저 주기율표의 위치를 통해 '예측'하였기 때문이다. 그는 에카붕소, 에카알루미늄, 에카망가니즈, 에카실리콘을 이야기하며 그들의 원자량, 끓는점과 녹는점, 색깔이나 상온에서의 상태 등 다양한 특성을 예측하였다. 그리고 그가 이러한 원소들을 이야기한 이후 실제로 이들이 스칸듐, 갈륨, 테크네튬, 저마늄의 이름으로 발견되었으며, 이들의 특성에 대한 멘델레예프의 예측은 매우 정확했다!

[사진5] 멘델레예프의 주기율표

[사진6] 에카 규소와 저마늄의 특성 비교

왼쪽의 사진은 멘델레예프가 예측한 에카 규소와 저마늄의 특성을 비교한 것인데, 비록 잘못 예측한 부분이있지만 대체적으로 매우 비슷한 특성을 가진다는 것을 볼 수 있다.

이 뿐만 아니라 멘델레예프는 원소라고 잘못 알려진 화합물이나 잘못 측정된 원자량을 지적하기도 하였다. 이렇듯 멘델레예프는 그의 천재적인 발상으로 아직 밝혀지지 않은 다양한 것들을 예측하였다. 이러한 공로로 후대의 과학자들은 원자번호 101번의 원소에 멘델레븀이라는 이름을 붙였다.

원하던 케미 2019 봄호

작성자: 18-016 유호정

분야: 기초화학

참고문헌:

[1] 동아사이언스, [표지로 읽는 과학]‘게르마늄’ 존재 믿은 멘델레예프 주기율표를 제안하다

http://dongascience.donga.com/news.php?idx=26659

[2] LG 케미토피아

https://blog.lgchem.com/2017/04/26_element-history/

[3] 사이언스올, 과학백과사전

https://www.scienceall.com/%EC%A3%BC%EA%B8%B0%EC%9C%A8periodic-law/

이미지:

[1] http://new.kcsnet.or.kr/periodic