[화학결합과 분자구조] 팔전자 규칙








 

옥테트 규칙(Octet Rule) 원자가껍질



우리는 원자의 구조에서 원소들의 화학적 성질이 주기적으로 변하는 이유가 바로 전자배치가 주기적으로 변하기 때문이라는 것을 배웠다. 예를 들어 알칼리 금속으로 알려진 1A 족의 원소들은 모두 s 오비탈에 전자가 한 개 채워진 상태로 끝나고 할로겐 원소들인 7A족은 모두 p 오비탈에 전자가 5개 채워진 상태로 끝난다. 이와 같은 주기성을 더욱 단순하게 생각하는 방법은 원자가껍질이라는 개념을 이용하는 것이다. 원자가 껍질 (valence shell)은 전자가 채워진 가장 바깥 껍질을 가리킨다. 원자의 구조에서 여러분은 주양자수가 껍질을 결정한다는 것을 배웠을 것이다. 즉 주양자수가 1이면 1번 껍질이고 주양자수가 3이면 3번 껍질이다.


 

1(1A)족

2(2A)족

13(3A)족

14(4A)족

15(5A)족

16(6A)족

17(7A)족

18(8A)족

1주기

H(1s1)

 

He(1s2)

2주기

Li(2s1)

Be(2s2)

B(2s22p1)

C(2s22p2)

N(2s22p3)

O(2s22p4)

F(2s22p5)

Ne(2s22p6)

3주기

Na(3s1)

Mg(3s2)

Al(3s23p1)

Si(3s23p2)

P(3s23p3)

S(3s23p4)

Cl(3s23p5)

Ar(3s23p6)

4주기

K(4s1)

Ca(4s2)

Ga(4s24p1)

Ge(4s24p2)

As(4s24p3)

Se(4s24p4)

Br(4s24p5)

Kr(4s24p6)

원자가전자

1

2

3

4

5

6

7

8 (2)1

4주기까지 주족원소들의 원자가껍질 전자배치와 원자가전자의 수. ( ) 속에 각 원자의 전자배치가 표시
18A족에서 He의 원자가껍질은 s 오비탈만 있기 때문에 원자가전자가 2개가 된다.


표 2에는 4주기까지 주족 원소들의 원자가껍질의 전자배치가 나타나 있다. 1주기의 수소와 헬륨은 주양자수가 1인 오비탈까지만 전자가 들어있기 때문에 원자가껍질은 1번 껍질이다. 2주기의 리튬부터 네온까지의 원소들은 전자가 들어있는 가장 마지막 오비탈의 주양자수가 2이기 때문에 원자가껍질은 2번 껍질이 된다. 이 원자가껍질에 있는 전자들은 원자가껍질 전자(valence shell electron) 또는 줄여서 원자가전자라고 부른다. 표를 보면 1A 족부터 8A족까지 원자가전자가 1부터 8로 증가하는 것을 볼 수 있다. 이 원자가전자의 수는 결합을 예측하는데 중요한 정보가 된다.

나중에 화학반응과 에너지 변화를 다루는 부분을 배울 때 자연의 모든 자발적인 변화는 더욱 안정하게 되려는 경향 때문에 일어난다는 것을 살펴보게 될 것이다. 화학결합도 동일한 원리의 적용을 받는다. 원소들은 더욱 안정하게 되려는 경향 때문에 결합을 형성한다. 8A 족에 속한 원소들은 이러한 원소의 안정성에 대한 중요한 통찰력을 제공해준다. 대부분의 원소들은 자연 상태에서 단원자 상태로 존재하지 못하고 결합을 형성한 상태로 존재한다. 

예를 들어 수소, 산소, 질소 등은 두 개의 원자가 결합한 H2, O2, N2의 상태로 존재하고 금속원소들은 금속결합을 한 상태로 존재하며 탄소는 흑연이나 다이아몬드에서와 같이 여러 개의 탄소 원자들이 공유결합을 한 상태로 존재한다. 그러나 8A 족에 속한 원소들은 예외적으로 단원자 상태로 존재하며 다른 원소들과 잘 반응하지 않기 때문에 비활성기체 즉 화학적인 활성이 없는 기체라고 불리기도 한다. 우리는 이러한 현상을 통해 비활성기체들의 전자배치가 가장 안정한 상태이며 다른 원소들이 화학결합을 형성하는 이유는 바로 이와 동일한 전자배치를 갖기 위한 것이라는 일반적인 원칙을 이끌어낼 수 있다. 


수소와 헬륨을 제외한 원소들의 원자가껍질을 채우기 위해서는 8개의 전자가 필요하기 때문에 원소들이 비활성기체와 같이 8개의 전자를 가지려는 경향을 팔전자 규칙 또는 옥테트 규칙 (octet rule)이라고 부르기도 한다. 수소의 원자가껍질은 2개의 전자를 수용하기 때문에 팔전자 규칙의 적용을 받지는 않는다. 따라서 더욱 일반적으로 말한다면 모든 화학결합은 원자들이 원자가껍질을 채우려는 경향 때문에 생겨난다고 할 수 있다.





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