주기율표에서 반응성이 가장 큰 금속은?

우리가 자연에서 찾을 수 있는 금속 원소 중에서 세슘(Cs)이 가장 반응성이 좋습니다 . 주기율표 55번 정도의 원소로 제6주기의 알칼리 금속에 해당한다. 이 금속은 물과 폭발적으로 반응하며 공기 중의 습기와 접촉하는 것만으로도 반응을 일으킬 수 있으므로 불활성 분위기에서 밀봉된 용기에 넣거나 기름에 담가 조심스럽게 보관해야 합니다.

알칼리 금속이기 때문에 이 원소와 관련된 모든 반응은 세슘을 강력한 환원제로 만드는 금속에서 반응하는 화학 종으로 전자를 이동시키는 것이 특징입니다. 세슘이 화학 반응 후 일부가 되는 모든 화합물에서 금속은 +1의 원자가를 나타냅니다.

반응성이 가장 큰 금속이 세슘이라는 것을 알면 반응성 금속이라는 것이 정확히 무엇을 의미하고 이 반응성을 어떻게 측정하는지 궁금할 것입니다. 우리는 또한 세슘이 다른 금속이 아닌 가장 반응성이 높은 금속인 이유를 스스로에게 물어볼 수 있습니다. 즉, 일반적으로 원소, 특히 금속에서 화학 반응성을 결정하는 요인은 무엇입니까? 이러한 문제와 기타 문제는 이 문서에서 설명합니다.

화학 반응성이란 무엇입니까?

이름에서 알 수 있듯이 화학 반응성은 화학 물질(원소 또는 화합물)이 화학 반응 에 참여하는 경향을 측정한 것입니다. 한 원 소나 화합물이 다른 원소보다 더 반응성이 높다고 말할 때 일반적으로 첫 번째 원소가 두 번째 원소보다 더 빠르게 반응하거나 더 크게 반응한다는 의미입니다.

겉보기에 단순한 개념임에도 불구하고 모호할 수 있습니다. 모든 원소와 모든 화합물이 반드시 동일한 반응 또는 동일한 유형의 반응에 참여하는 것은 아니기 때문입니다. 이로 인해 서로 다른 유형 또는 물질 부류의 반응성을 비교하는 것이 혼란스럽거나 어렵습니다.

이런 의미에서 화학 반응성에 대해 이야기하고 다른 원소의 화학 반응성을 비교할 때 서로 관련이 있고 동일한 종류의 화학 반응 에 참여할 수 있는 원소만 그룹화하고 비교할 필요가 있습니다 . 이것이 요소의 반응 순서를 정확하게 설정하는 유일한 방법입니다. 이러한 이유로 세슘을 가장 반응성이 높은 원소라고 말할 때 세슘이 속한 원소의 종류, 즉 금속을 지칭합니다.

금속의 반응성은 어떻게 측정됩니까?

서로 다른 원소의 반응성을 비교하려면 기준이 될 반응 유형을 선택해야 합니다. 이 반응은 비교되는 그룹의 모든 요소에 공통적이어야 합니다. 금속의 경우 테스트로 자주 사용되는 반응은 특정 화합물에서 수소를 대체하거나 대체하려는 금속의 경향입니다.

이에 대한 예는 금속이 물과 반응하는 것인데, 이 동안 금속은 수소를 대체하여 분자 수소와 각각의 금속 수산화물을 형성합니다. 물과 반응할 정도로 반응성이 낮은 금속의 경우 대신 질산이나 황산 과 같은 무기산과 반응한다 .

금속을 먼저 ​​물에 대한 반응성으로 분류한 다음 무기산에 대한 반응성으로 분류하면 금속에 대한 반응성 계열이라고 하는 것을 얻습니다. 이 계열은 무엇보다도 화학 화합물에서 한 금속이 다른 금속을 대체할 수 있는지 여부를 예측하는 데 사용할 수 있습니다.

금속의 반응성을 결정하는 요인

서로 다른 화학 원소 의 반응성은 이를 구성하는 전자가 배열되고 분포되는 방식에 따라 결정됩니다. 후자는 전자 구성이라고 합니다. 모든 전자 중에서 금속을 포함한 원소의 다양한 화학적 특성을 가장 결정하는 것은 원자가 전자 또는 마지막 껍질 또는 에너지 준위입니다.

다음은 원자 구조의 다른 요소와 함께 이 전자 구성이 금속의 반응성을 결정하는 방법을 설명합니다.

전자 구성

최근에 언급한 바와 같이, 원소의 전자 구성, 특히 원자가 껍질의 구성은 다른 원소와 결합할 때 나타나는 원자가 또는 산화 상태와 같은 원소의 많은 화학적 특성을 결정 합니다 .

금속의 경우, 이러한 원소는 전자가 거의 없거나 매우 쉽게 제거할 수 있는 원자 궤도에 전자가 있는 원자가 껍질을 갖는 것이 특징입니다. 세슘의 경우 원자가 껍질은 6s 오비탈의 단일 전자에 의해 형성됩니다. 이 전자는 매우 안정적인 전자 구성을 가진 희가스인 Xe의 전자와 같은 방식으로 분포된 전자 집합을 둘러싸고 있습니다.

이것은 세슘이 원자가 껍질에서 고독한 전자를 잃기 쉽도록 하여 비활성 기체의 전자 구성을 달성합니다.

유효 핵 전하

유효 핵 전하는 원자의 최외각 전자가 느끼는 실제 인력의 척도입니다. 핵에 가장 가까운 것부터 시작하여 가장 바깥쪽의 것으로 계속해서 원자의 원자 오비탈을 점진적으로 채움으로써 내부 전자의 존재는 동일한 부호의 전하 사이의 정전기적 반발로 인해 외부 전자에 차폐 효과를 발휘 합니다 . 이것은 원자가 전자가 핵에 덜 끌리게 하고 화학 반응 중에 제거하기가 훨씬 더 쉬워집니다.

세슘의 단일 원자가 전자는 에너지 준위 6에 있고 다른 54개의 내부 전자에 의해 보호됩니다. 이것은 상기 전자에 대한 핵의 인력을 크게 감소시켜 매우 낮은 유효 핵 전하를 느낍니다. 결과적으로 이것은 이 전자를 매우 쉽게 제거할 수 있게 하며, 이는 다른 알칼리 금속에 비해 이 원소의 더 높은 반응성을 설명합니다.

원자 라디오

원자핵의 인력을 감소시킨다는 바로 그 사실 때문에 유효 핵전하가 작은 원소일수록 원자 반경이 더 커지는 경향이 있습니다 . 양의 핵과 전자 사이의 정전기적 인력은 거리에 따라 달라지므로 핵에서 멀어질수록 원자가 전자의 인력이 감소하여 세슘의 반응성이 높아집니다.

이온화 에너지

이온화 에너지는 원자에서 마지막 원자가 전자를 제거하는 데 필요한 에너지의 양을 측정한 것입니다. 이온화 에너지는 앞서 언급한 요인과 직접적으로 관련된 특성입니다. 핵에 덜 단단히 결합함으로써 세슘과 같은 원소는 주기율표의 다른 원소보다 이온화 에너지가 낮습니다.

전기음성도

마지막으로 전기 음성도는 반응성을 결정하는 또 다른 속성입니다. 이 속성은 원자가 다른 원자와 화학 결합을 형성할 때 결합 전자 쌍을 끌어당기는 원자의 경향 또는 능력을 측정합니다. 이것은 화학 결합의 전자 밀도가 다른 원자에 연결될 때 자신을 향해 끌어당기는 정도에 따라 측정되기 때문에 상대적인 속성입니다. 그러나 원자가 단독으로 결합되어 있지 않으면 그 값을 결정할 수 없습니다.

그런 다음 전기 음성도 값을 통해 두 원자 사이에서 더 큰 힘으로 전자를 끌어당길 수 있는 원자를 예측할 수 있습니다. 세슘은 주기율표에서 전기 음성도가 가장 낮은 원소 중 하나이므로 전자를 끌어당기는 대신 전자를 포기하여 양이온을 형성하는 경향이 있습니다.

반응성에 영향을 미치는 요인의 주기적 추세

이제 어떤 요인이 반응성에 영향을 미치고 왜 영향을 미치는지 알았으므로 세슘이 가장 반응성이 높은 원소인 이유를 더 잘 이해할 수 있습니다. 이를 위해서는 주기율표의 한 원소에서 다음 원소로 이동할 때 이러한 속성이 상대적으로 예측 가능한 동작을 보인다는 점을 고려해야 합니다. 즉, 요소의 주기적 속성을 처리합니다.

일정 기간 동안

주기를 따라 이동함에 따라(즉, 주기율표의 같은 행을 따라) 핵의 전하는 점진적으로 증가하지만 새로운 전자는 모두 동일한 원자가 껍질에 위치하므로 차폐 효과가 크게 증가하지 않습니다. .

따라서 주기에서 오른쪽으로 이동할수록 유효 핵 전하가 증가합니다. 이것은 또한 원자 반경이 감소하는 결과를 가져옵니다. 이 두 가지 효과는 핵이 원자가 전자를 끌어당기는 힘을 증가시키는 데 기여하며, 이것이 이온화 에너지도 왼쪽에서 오른쪽으로 증가하는 이유입니다.

위의 모든 것은 주기율표에서 금속의 반응성이 왼쪽에서 오른쪽으로 감소하는 원인이 되며, 이는 오른쪽에서 왼쪽으로 증가한다고 말하는 것과 같습니다. 이러한 이유로 주기율표에서 반응성이 가장 높은 금속은 알칼리 금속입니다.

그룹 전체

주기율표에서 그룹을 위아래로 이동하면 원자가 전자가 위치한 껍질 또는 에너지 준위가 변경됩니다. 그룹 아래로 내려갈수록 원자가 껍질 아래의 차폐 전자 껍질의 수가 증가하여 유효 핵 전하가 감소하고 원자 반경이 증가합니다. 그룹으로 내려갈수록 전기 음성도도 감소하는데, 이는 원소가 더 전기 양성이 된다는 것과 같습니다.

위에서 언급한 것과 같은 이유로 이것은 이온화 에너지를 낮추어 그룹의 하위 원자를 금속처럼 더 반응성 있게 만듭니다.

세슘(Cs) 대 프랑슘(Fr)

위에서 설명한 특성의 주기적인 경향을 보면 반응성이 가장 큰 금속이 주기율표에서 가장 왼쪽으로 더 아래로 멀리 있는 금속이라는 것이 분명해집니다. 그런데 그 자리에 어떤 원소가 있는지 살펴보면 세슘이 아니라 프랑슘이라는 것을 알 수 있습니다.

그렇다면 세슘이 가장 반응성이 높은 금속이라고 말하는 이유는 무엇입니까? 프란시움이 아니겠습니까?

실제로 주기적인 경향의 관찰과 이론적 계산에 기초하여, 프랑슘이 세슘보다 반응성이 더 클 것으로 예측된다. 그러나 세슘이 반응성이 가장 높고 프랑슘이 아닌 것으로 간주되는 이유는 후자가 합성 원소이기 때문입니다. 즉, 프랑슘은 자연계에 존재하지 않고 핵융합을 통해 입자가속기에서 합성되어야 한다.

모든 합성 원소와 마찬가지로 프란슘 핵은 일단 합성되거나 형성되면 극도로 불안정한 핵이기 때문에 빠르게 분해됩니다. 이러한 이유로 상당한 양의 프란슘을 합성하여 물이나 기타 화학 물질과 반응시켜 반응성을 결정할 수 없습니다. 요약하면, 우리는 프란슘이 세슘보다 더 반응성이 있어야 한다고 가정하지만 알 수 있는 방법이 없으므로 반응성을 측정할 수 있는 가장 반응성이 높은 금속이 남습니다.

반응성이 가장 큰 금속 대 반응성이 가장 큰 원소

마지막으로 가장 반응이 빠른 요소와 관련하여 약간의 언급을 할 가치가 있습니다. 처음에 언급한 바와 같이 반응성은 우리가 비교하는 물질이 동일한 유형의 특징적인 반응에 참여할 때만 비교할 수 있습니다.

이 때문에 주기율표에서 금속과 비금속이 완전히 반대되는 화학 반응에 참여한다는 점을 고려할 때 반응성이 가장 큰 원소에 대해 이야기하는 것은 모호합니다. 그러나 불소는 일반적으로 다양한 화학 물질과 반응할 수 있는 능력으로 인해 전체 주기율표에서 가장 반응성이 높은 원소로 간주되며 심지어 유리 및 기타 일반적으로 불활성 물질을 공격하기도 합니다.

참조

BBC. (n.d.). 반응성 시리즈 – 반응성 시리즈 – GCSE 화학(단일 과학) . BBC 바이트사이즈. https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/zcxn82p/revision/1

장로영, & Goldsby, K. (2013). 화학 (11판). 맥그로힐 인터아메리카나 데 에스파냐 SL

자유 텍스트. (2020년 8월 15일). 그룹 1: 알칼리 금속의 반응성 . 화학 LibreTexts. https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Inorganic_Chemistry/

미네덕. 칠리. (n.d.). 금속으로 치환된 수소. 금속 활동 시리즈. 국가 교육 과정. https://www.curriculumnacional.cl/portal/Educacion-General/Ciencias-Naturales-1-Medio-Eje-Quimica/CN1M-OA-19/133544:Hidrogeno-desplazado-por-metales-Serie-de-actividad- 금속의

반응성 시리즈 . (2019년 8월 25일). 물리 및 화학 . https://lafisicayquimica.com/serie-de-reactividad/

베단투. (2020년 10월 6일). 반응성이 가장 큰 금속은?(A) 나트륨(B) 마그네슘(C) 칼륨(D) 칼슘입니다 . Vedantu.Com. https://www.vedantu.com/question-answer/the-most-reactive-metal-is-a-sodium-b-magnesium-class-10-chemistry-cbse-5f7c7d3763e3867bef7676d9