공통 과학 - 1.1 금속과 비금속
1. 금속과 비금속/금속성과 비금속성
자연계에 존재하는 많은 원소들의 화학적 성질은
어떤 규칙성을 갖고 있어서 화학 성질이 비슷한 원소들끼리 분류하면
반응성 등을 예측할 수가 있습니다.
1.금속과 비금속
(1) 물질의 변화
우리를 둘러싸고 있는 자연계의 물질이 변화하는 경우는
물리적 변화와 화학적 변화가 있습니다.
물리적 변화는 얼음-->물-->수증기 등과 같이
물질의 상태만 변하는 것입니다.
소금이 물에 녹아 소금물로 되는 것도 물리적 변화이죠.
화학적 변화는 물질의 본성이 바뀌는 것입니다.
탄소(C)인 숯이 타면 이산화탄소(CO2)가 생기는 변화에서
이산화탄소는 숯과는 전혀 다른 물질로서 화학 성질이 완전히 다릅니다.
화학 변화는 전자를 주고 받는 산화, 환원 반응과
H+를 주고 받는 산, 염기 반응이 있죠.
그 중에서 우리가 관심이 있는 것은
전자를 주고 받는 산화, 환원 반응입니다.
(2) 금속성과 비금속성
금속성이 크다는 것은 전자를 잃기 쉽다는 뜻이고,
비금속성이 크다는 것은 전자를 잘 받는다는 뜻입니다.
원소가 이런 성질을 갖는 이유에 대해서 생각해 봅니다.
주기율표에서 18족에 비활성 기체라 부르는 원소들은
다른 원소들과 거의 반응하지 않습니다.
이유는 에너지 상태가 매우 안정하기 때문이죠.
따라서 다른 원소들도 비활성 기체를 닮으려는 경향을 보이는데,
그러기 위해서는 자신이 갖고 있는 전자를 버려서 양이온이 되거나
전자를 받아들여 음이온이 되는 방법을 취하게 됩니다.
원소는 다음과 같이 나타냅니다.
원자 번호는 양성자수를 나타내는데,
양성자란 원자핵 속에 들어 있는 (+) 전기를 띤 입자이고,
중성자는 말 그대로 전기적으로 중성이며, 마치 태양계의 행성처럼
원자핵 바깥에서 돌고 있는 전자는 (-)전기를 띤 아주 작은 입자입니다.
원자 자체는 전기적으로 중성인데,
이유는 양성자수와 전자수가 서로 같기 때문이죠.
그럼 이제 나트륨과 염소가 어떻게
양이온, 음이온으로 되는지를 따져 봅시다.
앞에서 말했듯이 모든 원소들은
비활성 기체를 닮으려고 노력합니다.
위 그림에서 볼 때 나트륨이 비활성 기체를 닮기 위해서는
전자 1개를 버리는 방법과 전자 7개를 받는 방법이 있습니다.
여러분이 나트륨이라면 어떤 선택을 할까?
당연히 전자 1개를 버리는 편이 쉬울 겁니다.
마찬가지로 염소는 전자 7개를 버리기보다
전자 1개를 받아 음이온이 되는 쪽이
훨씬 수월할 것임을 알 수 있을 것입니다.
따라서 나트륨과 같은 1족(알칼리 금속) 원소들은 전자 1개를 버려
1+가 양이온이 되기 쉬우므로 금속성이 매우 크고,
염소와 같은 17족(할로겐) 원소들은 전자 1개를 받아
1-가 음이온이 되기 쉬워서 비금속성이 매우 큽니다.
위에서 보았듯이 각 원소에는 반응에 관여할 수 있는 전자들이
1-8개까지 있으며, 이 전자들은 원자의 가장 바깥쪽에 있고
원자가전자라고 부릅니다.
같은 족끼리는 원자가전자의 수가 같으므로 화학적 성질이 비슷한 겁니다.
반응성이 큰 금속을 반응성이 작은 금속의 염 수용액에 넣으면
반응성이 큰 금속은 이온화하고 반응성이 작은 금속이 석출됩니다.
금속의 반응성의 차이를 이용하면 전지를 만들 수 있습니다.