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과학 > 화학

수소는 나머지 1족 원소와 무엇이 다를까?

주기율표의 가장 왼쪽, 첫 번째 줄에 위치한 1족 원소는 수소, 리튬, 나트륨, 칼륨, 루비듐, 세슘, 프랑슘으로 구성돼 있다. 이 원소들은 모두 주기율표상 같은 줄에 위치하지만, 수소는 나머지 1족 원소와 달리 보통 다른 색깔로 표시한다. 수소가 같은 족 원소들과 다르게 취급되는 이유는 무엇일까?
반응성이 큰 1족 원소들
1족 원소는 각 원자의 에너지가 바닥상태일 때 최외각 전자껍질의 s 오비탈에 전자가 한 개 존재한다. 수소는 첫 번째 전자껍질의 s 오비탈에, 리튬은 두 번째 전자껍질의 s 오비탈에, 나트륨은 세 번째 전자껍질의 s 오비탈에 전자가 각각 하나씩 있다. s 오비탈에는 전자가 두 개까지 존재할 수 있으므로 1족 원소는 s 오비탈의 절반만 채워져 있는 셈이다.
1족 원소 중 수소를 제외한 나머지 원소는 알칼리 금속이라 불리며 비슷한 화학적 성질을 보인다. 알칼리 금속은 전자 한 개를 잃으면 전자 배치가 안정화되므로 다른 물질과 만나 전자 한 개를 내주고 격렬하게 반응한다. 가령 알칼리 금속은 물과 만나면 염기성이 강한 수산화물과 수소 기체를 형성하는데, 알칼리 금속의 양이 많거나 주변 습도가 높으면 수소 기체에 불이 붙어 금속 주변에 불꽃이 튀고 폭발이 일어날 수 있다. 17족 원소인 할로젠 원소1)와 만나도 강한 빛과 열을 낸다. 알칼리 금속은 원자 번호가 커질수록 반응성이 급격히 커진다. 주기율표의 아래쪽에 위치한 세슘은 단 2그램만으로도 물이 가득 찬 욕조를 폭파시킬 수 있다.2)
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수소 결합은 공유 결합처럼 원자 오비탈 모양을 바꾸는 결합이다.

당곡고등학교 교사

서울대학교 화학교육과를 졸업하고 동 대학원에서 석사 학위를 받았다. 시흥중학교, 용강중학교, 창동고등학교, 삼성고등학교, 서울고등학교에서 화학을 가르쳤으며, 생활 속에서 과학 원리와 지식을 찾고 적용할 수 있는 과학적 소양을 갖춘 인재를 키우고자 노력하고 있다. 중학교 『과학』, 고등학교 『통합과학』, 『과학탐구실험』 집필에 참여했으며 지은 책으로 『색을 요리해볼까?』(공저), 『색, 마술쇼에 빠져 볼까?』(공저)가 있다.

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