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1. 연구동기

19세기 중반에는 분석 기술이 발전하면서 많은 새로운 원소들이 발견되고 있었다.하지만 원소의 수가 늘어나자, 단순히 이름과 성질을 나열하는 방식으로는 정리가 어려워지자 뉴랜즈는 “이 원소들을 체계적으로 정리할 방법이 없을까?”라는 필요성을 느끼며 연구를 시작했다

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멘델레예프 주기율표 (2813 유제우)

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멘델레예프 주기율표 (2813 유제우)

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서울대학교 자연과학대학

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[2023 여름 자몽시리즈] 08. 헨리 모즐리 - 뉴스룸 - 서울대학교 자연과학대학

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모즐리는 x방출선으로 스팩트럼만의 규칙성을 발혔지만, 왜 그런 결과가 나오는지에 대해서는 알지 못했다.

그래서 보어의 원자모형이 나왔다. (N=1,2,3)같은 에너지 준위를 설정해서 에너지 준위를 설명했다. 그러나 아직도 수소원자 외에 다른 원자들은 설명이 가능하지않다는 한계점이 있다.

슈뢰딩거는 입자가 아니라 파동함수로 생각했다. 그래서 전자의 위치가 확률적으로 존재한다고 설명했다.

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의미와 한계

뉴랜즈의 ‘옥타브 설’은 원소들을 원자량 순서로 배열했을 때 여덟 번째마다 성질이 비슷한 원소가 나타난다는 주기성을 밝힌 이론이다. 이는 원소의 성질이 무작위적이지 않고 일정한 규칙성을 따른다는 사실을 처음으로 명확히 제시한 것으로, 후에 멘델레예프의 주기율표가 완성되는 중요한 토대가 되었다는 점에서 큰 의미가 있다. 그러나 이 설은 가벼운 원소들에서는 잘 들어맞았지만, 원자량이 큰 원소들로 갈수록 규칙이 맞지 않았고, 발견되지 않은 원소에 대해서는 설명할 수 없었다. 또한 8개 단위로만 주기를 구분하려 한 단순화 때문에 당시 학계에서는 충분히 인정받지 못했다. 결국 옥타브 설은 한계가 뚜렷했지만, 원소 성질의 주기적 반복성을 발견한 선구적 시도로서 화학사에 중요한 의의를 가진다.

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세쌍원소설(되베라이너의 삼원소설)은 화학자 되베라이너가  화학적 성질이 비슷한 세 원소를 묶어 그룹으로 만들고,             세 원소의 원자량의 평균값이 중간 원소의 원자량과 비슷하다는 것을 발견한 이론입니다. 이 이론은 원소들이 단순한 혼합물이 아니라 일정한 규칙성을 가지고 관계를 맺고 있다는 초기     주장이었으나, 모든 원소에 적용되지 않아 더 발전하지는 못했다.                     대표적인 예시:리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 염소(Cl),         브롬(Br), 아이오딘(I)

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세쌍원소설(되베라이너의 삼원소설)은 화학자 되베라이너가  화학적 성질이 비슷한 세 원소를 묶어 그룹으로 만들고,             세 원소의 원자량의 평균값이 중간 원소의 원자량과 비슷하다는 것을 발견한 이론입니다. 이 이론은 원소들이 단순한 혼합물이 아니라 일정한 규칙성을 가지고 관계를 맺고 있다는 초기     주장이었으나, 모든 원소에 적용되지 않아 더 발전하지는 못했다.                     대표적인 예시:리튬(Li), 나트륨(Na), 칼륨(K) 염소(Cl),         브롬(Br), 아이오딘(I)

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19세기 초, 화학자들은 발견된 원소들을 단순히 나열하는 것을 넘어, 화학적 성질이 비슷한 원소들을 묶어 분류하려는 시도를 했습니다. 당시 존재했던 원소들이 단순한 혼합물이 아니라 일정한 관계성을 가지고 있음을 처음으로 제시했다.

원소를 분류하고 배열하려는 초기 시도로서, 이후 주기율표의 발전에 중요한 토대를 마련했다.

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분류 방법

뉴랜즈는 원소를 상대적인 원자 질량의 순서로 배열한 화학 원소의 주기율표를 최초로 고안한 사람으로 어떤 원소는 원소표에서 그 다음의 여덟 번째 원소와 유사한 성질을 보여준다는 자신의 옥타브의 법칙을 발표하였다. 뉴랜즈는 수소에서 시작하여 토륨으로 끝나는 모든 알려진 원소를 음악의 옥타브에 비유하여 8개의 원소로 이루어진 일곱개의 그룹으로 배열하였다. 뉴랜즈의 주기율표의 원소들은 그 당시에 알려졌던 원자량에 의해 순서가 매겨졌고 그 순서를 나타내기 위해 순차적으로 번호가 매겨졌다. 족이 주기율표의 가로방향으로, 주기는 수직방향으로 되어 있어 현대의 주기율표 형태와 반대 방향이다.

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주기율표 발표 시기와 당시의 과학적 배경

영국의 화학자 존 뉴렌즈는 1865년, 당시 알려져 있던 원소들을 원자량 순서대로 배열하면서 중요한 규칙성을 발견했다.

그는 8번째 원소마다 비슷한 화학적 성질이 반복된다는 사실을 관찰했고, 이를 음악에서 옥타브가 8음마다 반복되는 것과 유사하다고 보아 옥타브설 이라고 말했다.

하지만 옥타브설에는 공백 문제가 있었다.

당시에는 원소가 약 60여 종만 알려져 있었고, 아직 발견되지 않은 원소들이 많았기 때문에 배열이 정확히 들어맞지 않는 부분이 발생했다. 뉴렌즈는 이 공백을 고려하지 않고, 때로는 억지로 배열을 맞추려 했다는 지적을 받아 동시대 학자들에게 비판을 받았다.

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되베라이너는 19세기 초 발견된 원소 수가 늘어나자 이를 체계적으로 정리할 필요성이 커졌고,

그 과정에서 되베라이너가 성질이 비슷한 원소 집단을 눈여겨보면서

원자량과 성질의 상관관계를 연구하게 된 것이다

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세 쌍 원소설: 화학적 성질이 비슷한 세 원소가 주기율표에서 세로로 나란히 배열되어 있고, 가운데 원소의 원자량이 양쪽 원소의 원자량 평균과 비슷하다는 규칙성을 가진 원소 묶음을 의미한다. 예시로 17족 원소인 Cl과 I의 중간 원소는 Br인데 Cl의 원자량은 35.5, I의 원자량은 127이다. 이 양쪽 원소의 평균은 81.25가 나오는데 그 가운데 원소인 Br의 원자량인 80과 비슷하다. 이런 의미도 있지만 특징과 한계로는 세 상 원소가 모두 같은 족이 속하여 원자가 전자의 수가 같아 화학적 성질이 비슷하다. 하지만 이 규칙성이 모든 원소에적용되지 않다는 점을 가지고 있다.

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멘델레예프의 주기율표는 화학 원소들을 원자번호와 화학적 성질에 따라 체계적으로 배열한 표로, 현대 화학의 기초를 형성하는 중요한 도구입니다.

원소들이 원자번호 순서에 따라 배열될 때, 화학적 성질이 일정한 주기로 반복된다는 것을 보여줍니다.

멘델레예프는 당시 발견되지 않았던 원소들의 존재와 성질을 정확히 예측할 수 있었습니다. 이

주기율표는 원소 간의 반응성과 결합 성질을 이해하는 데 도움을 줍니다. 예를 들어, 같은 족에 속한 원소들은 비슷한 화학적 특성을 가집니다.

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모즐리 이전에는 멘델레예프의 주기율표가 사용되었다. 1879년 러시아 화학회에서 멘델레예프는 63종의 원소들의 원자량이 증가하는 순서대로 나열한 주기율표를 발표했지만 그러나 멘델레예프의 주기율표에서는 원자번호와 원소들의 주기적인 특성이 완전히 일치하지 않았다. 모즐리는 X선을 연구하면서 모든 원소의 화학적 성질은 원자량이 아닌 원자번호, 즉 양성자 수에 의해 결정된다는 것을 알게 되었고, 이를 적용한 새로운 주기율표를 만들었다. 또한, 모즐리의 법칙에 따라 원자번호가 명확하지 않은 원소의 주기율표상 위치를 지정했다.

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초창기 주기율표 가로줄 기준과 세로줄 기준이 다 다르다 일단 가로줄은 주기를 기준으로 멘델레예프는 원소를 원자량 순서대로 왼쪽에서 오른쪽으로 나열했습니다 이때 화학적 성질이 반복되기 전까지 한 줄로 나열한 것이 하나의 주기입니다 그리고 세로줄은 족을 기준으로 사용하여 세로로 배열된 원소들은 비슷한 반응성, 화합물 형태, 원자가 전자 수 등을 가졌다 또한 멘델레예프는 이 공통 성질을 기반으로 세로 열을 구성했습니다

현대 주기욜표와 다른점은 현대 주기율표는 원자번호(= 양성자 수) 기준으로 배열한다 그리고 그럼에도 불구하고 족의 개념은 거의 그대로 유지됩니다

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멘델레예프는 원소들의 화학적 성질이 원자

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멘델레예프는 원소들의 화학적 성질이 원자량의 증가에 따라 주기적으로 나타난다는 주기율을 발견하여, 당시 알려진 63개의 원소들을 원자량 순서대로 배열하는 방식의 화학 원소 주기율표를 만들었다. 이 주기율표는 원소들을 가로(주기)와 세로(족)로 나누어 배치하며, 같은 족에 속한 원소들이 비슷한 화학적 성질을 가지는 것을 강조했다. 또한 당시 발견되지 않았던 원소(예: 갈륨, 게르마늄)가 존재할 것이라고 예측하고 표에 빈칸을 남겨 두었으며, 이 예측은 후에 사실로 확인되어 주기율표의 중요성이 더욱 부각되었다. 멘델레예프의 주기율표는 원자량을 기준으로 하지만, 현대의 주기율표는 원자 번호(양성자 수)를 기준으로 배열한다는 점에서 가장 큰 차이를 보인다.

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멘델레예프 주기율표는 1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 원자량을 기준으로 원소들을 배열하고, 원소들의 화학적 성질이 주기적으로 반복된다는 주기성을 발견하여 발표한 표입니다. 멘델레예프는 발견되지 않은 원소의 존재를 예측하고 그 성질까지 예언했으며, 이는 주기율표의 중요성을 높이는 계기가 되었습니다.

멘델레예프 주기율표의 특징

멘델레예프는 당시 발견된 63개의 원소들을 원자량 순서에 따라 나열했습니다.

원소들의 성질이 주기적으로 반복된다는 '주기성'을 발견하고, 이를 바탕으로 주기율표를 만들었습니다.

미지 원소 예측: 당시 알려지지 않았던 원소들의 존재를 예언했으며, 실제로 갈륨, 스칸듐, 저마늄 등 미지 원소들이 발견되어 멘델레예프의 예측이 사실로 증명되었습니다.

또한 멘델레예프의 주기율표는 원소들의 성질을 체계적으로 정리하고 예측하는 데 큰 도움을 주어 화학 발전의 중요한 토대가 되었습니다.

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되베라이너는 화학적 성질이 비슷한 원소 3쌍을 묶은 세쌍원소설을 제시했고, 1817년에 발견하였으며 1829년에 체계적으로 연구하여 발표하게 되었다. 그 당시 과학적 배경은 돌턴이 원자설을 제시함

되베라이너가 주기율표를 연구한 게기는 당시 점점 발견되는 원자 수들이 많아짐에 따라 원자들을 특징이나 성질이 비슷한 것끼리 묶어 분류하는데 필요성을 느꼈기 때문입니다.

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덧붙일 내용

현대주기율푱서는 모즐리의 주기율표는 직접적으로 쓰이지않는다.

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멘델레예프의 주기율표는 원자량 순서로 배열되었는데, 원자량이 같지만 성질이 다른 원소가 발견되며 한계에 이르게 된다. ex)아르곤과 칼슘은 원자량이 40으로 같음. 이를 보완하기 위해 모즐리의 주기율표가 만들어지는 계기가 된다.

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1)19세기에 주기율표를 체계적으로 정리한 인물인데, 원소들을 원자 번호가 아닌 원자 질량을 기준으로 배열해서 주기율의 법칙을 발견했어요. 덕분에 아직 발견되지 않은 원소들의 존재와 성질도 예측할 수 있었음.

2)원자량을 기준으로 원소들을 배열하고, 원소들의 화학적 성질이 주기적으로 반복된다는 주기성을 발견하여 발표한 표이다.

원자량 순서 배열:

멘델레예프는 당시 발견된 63개의 원소들을 원자량 순서에 따라 나열했습니다.

주기성 발견:

원소들의 성질이 주기적으로 반복된다는 '주기성'을 발견하고, 이를 바탕으로 주기율표를 만들었습니다.

미지 원소 예측:

당시 알려지지 않았던 원소들의 존재를 예언했으며, 실제로 갈륨, 스칸듐, 저마늄 등 미지 원소들이 발견되어 멘델레예프의 예측이 사실로 증명되었습니다.

화학의 발전:

멘델레예프의 주기율표는 원소들의 성질을 체계적으로 정리하고 예측하는 데 큰 도움을 주어 화학 발전의 중요한 토대가 되었습니다.

(차이점)

원자량 vs. 원자 번호:

멘델레예프는 원소들을 원자량 순서대로 배열한 반면, 현대 주기율표는 원자 번호 순서대로 배열합니다.

미지 원소:

멘델레예프의 주기율표에는 빈칸이 있었지만, 현재는 모든 원소가 발견되어 빈칸이 없습니다.

(요약)

멘델레예프의 주기율표는 1869년에 발표되었으며, 원소들의 원자량과 화학적 성질의 주기적인 반복성을 바탕으로 체계적으로 원소를 배열한 혁신적인 표였습니다. 당시 과학계에서는 원소가 계속 발견되고 있었고, 원자량 측정의 불확실성 속에서도 원소의 성질과 관계를 이해하려는 노력이 활발하였음.

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모즐리는 다양한 금속원소들을 대상으로 고에너지 전자를 충돌시켜 x선을 방출 시켰고,x선의 파장을 분석했다.이때 그는 원자번호에 따라 x선의 진동수가 규칙적으로 변한다는 것을 알게되었다.그는 이러한 관계를 수식 f=k(z-b)(z-b)이고 이때 k와 b는 상수이고 f는 진동수,z는 진동수이다.이러한 발견은 주기율표에서 원소를 원자번호순으로 배열하는데 큰 영향을 끼쳤다.