생활 속 원소 이야기 ② 헬륨 2·리튬 3 번호는 어떻게 정해졌나? [우리가 몰랐던 과학 이야기] (220)

출처=가스월드(Gasworld) 

 
세상을 이루는 기본 물질인 원소는 그 종류가 다양해 모두 파악하기는 쉬운 일이 아닙니다. 

이처럼 수많은 원소를 성질에 따라 배열한 것이 바로 주기율표입니다. 현대 화학은 18족 7주기로 구성된 주기율표에 놓인 원소 118종을 중심으로 이뤄져 있는데요. 오늘은 화학에서 절대 빼놓을 수 없는 주기율표가 어떻게 탄생했는지 알아보겠습니다.  

◆다양한 원소의 발견 

출처=아이다호 국립 연구소(Idaho National Laboratory)

 
18세기 초까지만 해도 원소는 동전이나 무기 제조에 사용된 금속 몇가지가 전부였습니다. 18세기 중반에 들어서면서 50여종이 새로 발견되었으며, 19세기 초에는 더 많은 원소가 확인되었습니다. 

이렇게 원소가 많아지자 과학자들은 그 성질과 원자량 사이의 연관성을 찾기 위해 노력했습니다.  

◆되베라이너의 3조원소   

요한 되베라이너의 3조원소. 출처=타임토스트(imetoast.com)

 
독일 화학자 요한 되베라이너(Johann Wolfgang Dobereiner)는 1828년 반응성이 매우 강한 바륨(Ba)과칼슘(Ca), 스트론튬(Sr)의 성질이 서로 유사하다는 사실에 착안하여 화학적 성질이 비슷한 3가지 원소의 묶음을 찾아내고, 이들을 ‘3조원소’(triads)라 하였습니다. 

되베라이너의 3조원소는 화학원소의 계통적 분류를 밝혀준 만큼 주기율표 발견에 중요한 단서를 제공해주었습니다.  

◆뉴랜즈의 옥타브 법칙

뉴랜즈의 주기율표. 출처=meta-synthesis.com

 
영국 화학자 존 뉴랜즈(John Newlands)는 1865년 런던 화학회 모임에서 ‘옥타브 법칙’(The Law Octaves)이란 논문을 발표하고, 원소들을 원자량 순서로 배열하면 ‘8’의 간격으로 비슷한 성질의 원소가 반복된다고 주장했습니다. 원소들을 원자량 순서로 배열하면 음악에서 옥타브(어떤 음에서 완전 8도의 거리에 있는 음. 또는 그 거리)와 같이 여덟번째마다 비슷한 성질이 나타난다는 것인데요. 

하지만 당시 과학자들은 옥타브 이론을 비과학적이라며 믿지 않았습니다.  

◆멘델레예프의 초기 주기율표 

멘델레예프 주기율표. 출처=learnfatafat.com

 
1869년 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프(Dmitrii Ivanovich Mendeleev)는 현재 우리가 사용하고 있는 것과 유사한 주기율표를 발표했습니다. 

당시 알려진 원소 63종을 원자량이 증가하는 순서대로 나열하자 비슷한 성질을 지닌 원소가 주기적으로 나타나는 현상을 발견한 덕분입니다. 원소의 규칙적인 성질을 바탕으로 가로줄을 일정한 주기로 나누고, 세로줄을 8개의 족으로 분류했습니다.  

◆헨리 모즐리의 현대 주기율표   

원소 주기율표. 출처=아웃사이드 더 박스(outside-the-box)

 
영국 물리학자 헨리 모즐리(Henry Gwyn Jeffreys Moseley)는 멘델레예프의 주기율표를 원자번호 순서로 정리해 우리가 쓰고 있는 형태로 완성합니다. 

모즐리는 X선 스펙트럼 연구를 통해 원소의 화학적 성질은 원자량 크기가 아닌 원자번호에 의해 결정된다는 점을 증명하였는데요. 모즐리 법칙은 번호가 명확하지 않은 원소의 주기율표상 위치를 알아내는데 적용됐습니다.  

초기 주기율표를 고안한 멘델레예프와 지금의 주기율표 모습을 제안한 모즐기가 있기까지. 수많은 과학자의 노력이 숨어 있습니다.

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