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주기율표에서 금속성은 주기에 따라 오른쪽에서 왼쪽으로, 그룹에 걸쳐 위에서 아래로 증가합니다. 이러한 이유로 주기율표에서 가장 금속이 많은 원소는 프랑슘입니다.
그러나 프랑슘은 불안정한 핵을 가지고 있어 빠르게 분해되어 다른 더 작은 핵을 형성하는 원소입니다. 이것은 자연적으로 프랑슘을 찾는 것을 매우 어렵게 만듭니다. 사실 프란슘 핵이 지속적으로 형성되어 시간이 지남에 따라 붕괴되는 양을 보충하는 우라늄과 같은 다른 방사성 원소의 광석에서만 자연적으로 발견되는 지각에서 가장 적은 양의 금속 중 하나입니다.
세시움은 타이틀을 원한다
프란슘은 매우 불안정하고 일반적으로 입자 가속기에서만 인공적으로 합성된다는 사실 때문에 많은 사람들이 프란슘을 합성 원소로 간주하고 따라서 가장 안정적인 금속 원소 후보로 간주하지 않습니다. 이런 식으로 생각하는 사람들에게 주기율표에서 프랑슘 바로 위에 있는 세슘은 자연적으로 발생하는 가장 금속성 원소 입니다 (천연에 강조).
이 주장은 합성 원소에 대해 완전히 유효합니다. 왜냐하면 이것들은 극히 짧은 시간 동안만 얻을 수 있기 때문에 물리적 및 화학적 특성에 대한 실험적 평가가 거의 불가능하기 때문입니다. 그러나 아무리 불안정하더라도 프란슘은 자연에서 발생하며 금속 특성을 결정하는 많은 특성이 측정되었습니다.
한편, 프란슘은 결국 붕괴하여 다른 원소를 형성하기 때문에 금속으로서의 적용 가능성이 없다고 주장할 수 있습니다. 이것은 또한 유효한 주장입니다.
따라서 지금부터 우리는 프란슘을 주기율표에서 가장 금속성이 강한 원소로, 세슘을 주기율표에서 가장 금속성이 “안정적인” 원소로 간주할 것입니다.
다음으로 원소를 금속으로 만드는 요소와 주기율표의 왼쪽 아래 모서리에 있는 이러한 원소가 우리가 아는 최고의 금속인 이유를 살펴보겠습니다.
금속의 성질
금속은 다음과 같은 특성을 갖는 원소입니다.
- 그들은 우수한 열 및 전기 전도체입니다.
- 대부분은 융점이 높은 고체입니다.
- 그들은 금속 광택이 있습니다.
- 그들은 연성이 있습니다. 즉, 연장하여 긴 와이어를 형성할 수 있습니다.
- 그들은 가단성입니다. 즉, 얇은 시트를 형성하기 위해 부서질 수 있습니다.
- 밀도가 높습니다.
- 그들은 일반적으로 원자가 껍질에 전자가 거의 없습니다.
- 그들은 주기율표에서 전기음성도가 가장 낮은 원소입니다. 즉, 전기양성입니다.
- 이온화 에너지가 낮기 때문에 원자가 껍질에서 전자를 쉽게 제거하여 양이온을 형성할 수 있습니다.
- 그들은 높은 전자 친화력을 가지고 있는데, 이는 음이온으로 변환하는 것이 매우 어렵다는 것을 의미합니다(정상 조건에서는 거의 불가능함).
금속 특성의 주기적 경향
프란슘이 가장 금속성 원소인 이유를 이해하려면 프란슘의 물리적 및 화학적 특성이 주기율표 전체에서 어떻게 변하는지 이해해야 합니다. 이러한 속성 중 다수는 그룹 또는 기간의 요소를 비교할 때 예측 가능한 동작을 가지며 대부분의 경우 이는 원자의 전자 구성과 유효 핵 전하 때문입니다.
주기적 추세 및 전자 구성
전자 구성은 전자가 원자가 소유한 다른 궤도에 분포되는 방식으로 구성됩니다. 주기율표에서 같은 주기에 속하는 원소들은 원자가 전자가 같은 에너지 준위를 가집니다. 즉, 그들은 동일한 원자가 껍질을 가지고 있습니다.
반면에, 같은 그룹의 일부인 요소는 일반적으로 동일한 원자가 껍질 전자 구성을 공유하고 이 원자가 껍질의 에너지 준위만 다릅니다. 그룹을 통해 오른쪽에서 왼쪽으로 이동할 때 알칼리 금속이 하나만 가질 때까지 원소는 점점 더 적은 원자가 전자를 갖습니다.
이온화 에너지의 주기적 경향
이온화 에너지는 기체 상태의 원자에서 바닥 상태의 최외각 전자를 제거하는 데 투자해야 하는 에너지의 양에 해당합니다. 따라서 원자에서 전자를 제거하는 것이 얼마나 쉬운지를 측정합니다.
이 특성은 원자가 전자가 핵에 얼마나 단단히 결합되어 있는지와 전자를 잃어서 형성되는 양이온의 전자적 안정성에 따라 달라집니다. 전자는 원자가 전자가 느끼는 유효 핵 전하에 달려 있으며, 차폐 전자의 수가 증가하여 한 주기에서 다음 주기로 급격히 감소합니다. 일정 기간 동안 유효 핵전하는 핵의 총 전하가 증가함에 따라 증가하지만 전자의 차폐 효과는 그렇지 않습니다(동일한 원자가 껍질에 있기 때문에).
한편, 전자의 손실에 의해 형성되는 양이온의 안정성은 상기 양이온의 전자배치에 의존한다. 주기율표에서 오른쪽에서 왼쪽으로 갈수록 원소의 원자가 전자 수가 점점 줄어들기 때문에 전자를 잃으면 희가스의 전자 구성에 더 가까워집니다.
결과적으로 이온화 에너지는 아래쪽과 왼쪽으로 감소합니다.
세슘, 프란슘과 같은 알칼리 금속의 경우 원자가 전자가 1개뿐인 경우 그 전자를 잃음으로써 희가스 전자배치를 얻을 수 있기 때문에 주기율표 전체에서 이온화 에너지가 가장 낮다.
전기음성도의 주기적인 경향
부분적으로 주기율표에서 오른쪽 위로 이동함에 따라 유효 핵 전하가 증가하기 때문에 전기 음성도도 같은 방향으로 증가합니다. 이것은 전기 음성도가 화학 결합에서 전자를 끌어당기는 원자의 능력을 측정하기 때문입니다.
결과적으로 유효 핵 전하가 왼쪽과 아래로 감소함에 따라 전기음성도도 같은 방향으로 감소하여 세슘과 프랑슘이 주기율표에서 전기음성도가 가장 낮은(또는 가장 전기양성적인) 두 원소가 됩니다.
화학 반응성
무엇보다도 전기음성도는 원소가 다른 원소와 결합할 때 형성할 수 있는 화학 결합의 유형을 결정합니다. 금속의 전형적인 특성은 비금속과 반응하여 염 및 산화물을 형성하는 경향이 있습니다. 두 반응 원소 사이의 전기음성도 차이가 클수록 이온성 화합물을 형성하는 경향이 커집니다. 이것이 프란슘과 세슘이 모든 금속 중에서 가장 반응성이 높은 원소이며, 물과 격렬하게 반응하여 이온성 수산화물을 형성할 뿐만 아니라 다른 비금속과도 강한 이온성 할로겐화물 염을 형성하는 이유입니다.
명확한 주기적 추세를 따르지 않는 기타 속성
녹는 점
수은 및 기타 금속과 같은 일부 예외를 제외하고 대부분의 금속 원소는 녹는점이 높습니다. 이전의 물성과 달리 녹는점은 뚜렷한 주기적인 거동을 보이지 않는 물성입니다. 원자번호와 전자배치의 관계가 앞선 경우처럼 단순하지 않기 때문이다.
일반적으로 융점은 주기율표 아래로 갈수록 높아지는 경향이 있지만 일정 기간 동안의 거동은 일정하지 않습니다. 실제로는 알칼리 금속에서 전이 금속으로 갈수록 먼저 증가하다가 주기율표의 p 블록으로 갈수록 다시 감소하는 경향이 있다.
이것은 융점의 관점에서 볼 때 프랑슘도 세슘도 1위가 아님을 의미합니다.
전도도
열전도율과 전기전도도 면에서 세슘도 프랑슘도 진정한 챔피언이 아닙니다. 예를 들어, 세슘의 전기 전도도는 4.88.10 6 S/m로 주기율표에서 가장 전도성이 높은 금속인 은의 전도도의 10분의 1도 되지 않습니다. 이 두 원소를 최고의 열전도체인 금과 비교할 때 비슷한 일이 발생합니다. 그러나 세슘과 프란슘은 여전히 우수한 전도체이므로 순위가 1위가 아니라고 해서 일반적으로 다른 금속보다 금속성이 더 강하지 않다는 의미는 아닙니다.
또한 잘 정의된 주기적인 거동이 없고 세슘과 프랑슘이 가장 잘 대표되지 않는 다른 금속 특성이 있습니다. 그러나 같은 방식으로 밀도, 가단성 및 연성을 포함하는 이러한 특성은 이 두 요소에 대부분 존재하므로 첫 번째 위치가 없다고 해서 가장 금속성 요소로 간주하지 않는 것은 아닙니다. 주기율표.
참조
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