주기율표는 화학의 가장 중요한 돌파구였습니다.

데니스 루브레이

1994년 2월 12일, 2019년 1월 10일 업데이트

프랑스 소설가 발자크가 '숫자가 없으면 우리 문명의 전체 건물은 산산조각이 날 것이다'라고 썼을 때, 그는 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프의 통찰력을 기대하고 있었을 것입니다. 1869년 2월 17일, 멘델레예프는 화학 원소의 기호를 원자량에 따라 순서대로 적었습니다. 그는 알려진 규칙성 또는 행동의 '주기성'에 따라 페이지에 그룹화되는 방식으로 시퀀스를 기록했습니다. 이는 아마도 화학 역사상 가장 위대한 혁신이었을 것입니다.

멘델레예프의 아이디어는 화학자들이 자신의 분야를 보는 방식을 완전히 바꿔 놓았습니다. 이제 각 화학 원소는 표에 고유한 번호와 고정된 위치를 갖고 있으며 이를 통해 해당 원소의 거동, 즉 다른 원소와 어떻게 반응할지, 어떤 종류의 화합물을 형성할지, 어떤 종류의 물리적 특성을 가질지 예측하는 것이 가능해졌습니다. .

곧 멘델레예프는 당시 발견되지 않았던 세 가지 원소인 갈륨, 스칸듐, 게르마늄의 특성을 예측하게 되었습니다. 그는 주기율표의 건전성을 너무나 확신했기 때문에 표에 이러한 원소에 대한 공백을 남겨 두었습니다. 20년 안에 세 가지가 모두 발견되었고, 그 특성은 그의 예측을 거의 정확하게 확증해 주었습니다.

멘델레예프 자신도 자신의 생각이 얼마나 빨리 확증되는지 보고 놀랐습니다. 1889년 런던 왕립연구소에서 열린 명망 높은 패러데이 강의에서 그는 '주기법칙의 정확성과 일반성을 확인하기 위해 영국 화학학회에 그 발견을 언급할 만큼' 자신이 오래 살 것이라고는 예상하지 못했다고 인정했습니다. . 그의 놀라운 업적에 대한 소식이 퍼지기 시작하면서 멘델레예프는 영웅이 되었고 주기율표에 대한 관심도 치솟았습니다.

전체적으로 멘델레예프는 10개의 새로운 원소를 예측했는데, 그 중 2개를 제외하고 모두 존재하는 것으로 밝혀졌습니다. 그는 나중에 인접한 요소의 일부 쌍의 위치를 바꾸어 그 특성을 주기적인 패턴에 맞추도록 제안했습니다. 그는 코발트를 니켈로, 아르곤을 칼륨으로 바꾸자고 제안했는데, 그 이유는 실제 원자량이 화학자들이 결정한 값과 다르기 때문에 칼륨의 위치가 잘못되었다고 믿었기 때문입니다. 멘델레예프가 사망한 지 약 6년 후인 1913년이 되어서야 이러한 모호함이 해소되었습니다. 그 무렵 화학자들은 원자에 대해 훨씬 더 잘 이해하게 되었고, 그해 맨체스터에서 활동하던 물리학자 헨리 모슬리(Henry Moseley)는 표에서 원소의 위치가 원자량이 아니라 원자 번호에 의해 결정된다는 것을 보여주었습니다.

원소의 원자 번호는 원자핵의 양성자 수를 정의하며, 중성 원자의 양성자는 이를 둘러싸고 있는 전자의 수와 같습니다. Moseley는 특정 원소에 의해 생성되는 X선의 고유 주파수가 원자 번호와 직접적으로 관련되어 있음을 증명했습니다. 멘델레예프가 혼란스러워했던 한 가지 원인은 화학자들이 측정하는 원자량이 한 원소의 모든 동위원소의 약간 다른 무게의 평균이라는 점이었습니다. (동위원소는 양성자 수는 같지만 중성자 수는 다릅니다.)

그러나 멘델레예프의 직관은 옳았으며 원자 번호는 1890년대에 발견된 비활성 기체(헬륨, 네온, 아르곤, 크립톤, 라돈 및 크세논)에 대한 확장된 표의 위치를 할당하는 데 성공적으로 사용되었습니다. 이 원소들은 반응성이 너무 낮아 발견 당시 다른 원소와 결합할 수 없었기 때문에 화학적 성질을 알아내는 것은 불가능했습니다.

더 무거운 요소도 비슷한 방식으로 배치되었습니다. 이들은 주로 1840년대 이후 발견된 란탄족 원소 57번에서 시작하는 15개 원소 란탄족 계열과 금세기에 발견된 89번 원소 악티늄에서 시작하는 15개의 방사성 악티늄족 원소로 구성됩니다. 이들 원소의 각 계열의 화학적 성질 원자 번호가 증가함에 따라 아주 약간만 변화하므로 주기율표에 배치하는 데 큰 문제가 있었을 것입니다.