Name: periodic table patterns and element groups
Uploaded: 2020-09-03T13:38:25.000Z
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K12 Standards

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North Carolina K-12 Science Standard Course of Study

9-12

Chemistry

Matter and its Interactions

PS.Chm.2.1

The Periodic Table

원소주기율표는 화학에서 원소 배열을 위한 중요한 참고자료입니다. 표에는 위에서 아래로 번호가 매겨진 7개의 행 또는 주기와 그룹 또는 족이라고 하는 18개의 열이 있습니다. 족에는 두 가지 방법으로 번호가 매겨질 수 있습니다.

국제 순수 응용 화학 연합(IUPAC)에 의해 권장되는 현대 번호 지정 시스템은 족에 대해 1에서 18까지 번호를 매기는 반면, 미국화학회의에서는 로마 숫자와 문자를 사용하여 족을 지정합니다. 여기서 주족 원소는 문자 A로 지정되고 전이 원소는 문자 B로 지정됩니다. 주기율표의 원소들은 원자 번호 증가에 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 그리고 위에서 아래로 정렬됩니다.

성질이 유사한 원소들은 같은 그룹에 속합니다. 일부 족에는 공통 이름이 있습니다. 수소를 제외한 1족 원소는 알칼리 금속 2족의 원소는 알칼리 토금속이라고 합니다.

이런 금속들은 반응성이 매우 높으며 자연에서 다른 원소와 결합된 상태로 존재합니다. 17족의 반응성이 높은 비금속 원소를 할로겐이라고 합니다. 18족의 비활성 비금속 원소는 비활성 기체 또는 불활성 기체라고 합니다.

원소는 크게 세 종류 즉 금속, 비금속, 그리고 준금속으로 나눌 수 있습니다. 금속은 주기율표에서 왼쪽과 중간에 위치하고 원소의 대부분을 차지합니다. 금속들은 전기와 열의 좋은 전도체입니다.

액체인 수은을 제외한 모든 금속은 실온에서 고체입니다. 금속은 광택이 있으며 두드려서 판으로 펼 수도 있고 선으로 뽑을 수도 있습니다. 칼륨과 같은 금속은 다른 원소와 반응할 때 전자를 잃고 양전하 이온인 양이온을 형성하는 경향이 있습니다.

비금속은 주기율표의 오른쪽에 위치하며 일반적으로 열과 전기를 잘 전도하지 못합니다. 상온에서 일부는 고체이고, 일부는 액체나 기체입니다. 비금속은 다른 원소와 반응할 때 전자를 얻어서 음전하를 띤 이온인 음이온을 형성하는 경향이 있습니다.

준금속은 금속과 비금속 사이의 틈새를 따라 놓여있는 원소입니다. 준금속은 가장 작은 원소 클래스이며 금속과 비금속의 혼합된 성질을 나타냅니다. 모든 준금속은 상온에서 고체 상태로 존재합니다.

예를 들어 준금속의 일부인 실리콘과 게르마늄은 반도체 역할을 하는데 금속과 달리 온도가 올라갈수록 전기 전도 능력이 좋아집니다. 상온에서 모든 준금속은 고체 상태로 존재합니다. 주기율표의 원소들은 또한 많은 경우 그 위치에 따라 전형 원소, 전이 금속, 내부 전이 금속의 세 가지 범주로 나뉩니다.

내부 전이 금속은 란타넘족 원소 및 악티늄족 원소라고도 하는 행으로 나뉩니다.

주기율표

초기 화학자들은 더 많은 원소를 발견하면서 다양한 원소가 유사한 화학적 행동으로 그룹화될 수 있다는 것을 깨달았습니다. 이러한 그룹에는 리튬(Li), 나트륨(Na) 및 칼륨(K)이 포함됩니다. 이 모든 원소들은 광택이 나고 열과 전기를 잘 전달하며, 유사한 화학적 특성을 가지고 있습니다. 두 번째 그룹에는 칼슘(Ca), 스트론튬(Sr) 및 바륨(Ba)이 포함되며, 이 역시 빛나고 열과 전기의 우수한 전도체이며 공통적인 화학적 특성을 가지고 있습니다. 그러나 이 두 그룹의 구체적인 속성은 서로 현저하게 다릅니다. 예를 들어 Li, Na 및 K는 Ca, Sr 및 Ba보다 반응성이 훨씬 더 큽니다. 또한, Li, Na 및 K는 원자 2개에 산소 원자 1개의 비율로 산소와 화합물을 형성하는 반면, Ca, Sr 및 Ba는 원자 1개에 산소 원자 1개의 비율로 산소와 화합물을 형성합니다. 불소(F), 염소(Cl), 브롬(Br), 요오드(I)도 서로 유사한 특성을 나타내지만 이러한 특성은 위의 어떤 원소와도 크게 다릅니다.

러시아의 Dimitri Mendeleev(1869)와 독일의 Lothar Meyer(1870)는 당시 알려진 원소의 특성 간의 주기적인 관계를 독립적으로 인식했습니다. 두 출판된 표 모두 원자 질량 증가에 따라 배열된 원소를 포함하고 있습니다. 그러나 멘델레예프는 마이어보다 한 단계 더 나아갔습니다. 그는 자신의 표를 사용하여 알루미늄 및 실리콘과 유사한 특성을 가지지만 아직 알려지지 않은 원소의 존재를 예측했습니다. 갈륨(1875년)과 게르마늄(1886년)의 발견은 멘델레예프의 연구에 중요한 기반을 제공했습니다. 멘델레예프와 마이어는 우선순위를 두고 오랜 논쟁을 벌였지만, 주기율표 개발에 대한 멘델레예프의 공헌은 이제 더 널리 인정받고 있습니다.

20세기에는 주기 관계가 원자 질량보다는 원자 번호와 관련이 있다는 것이 분명해졌습니다. 이 관계에 대한 현대의 설명인 주기율은 다음과 같이 명시합니다. 원소의 특성은 원자 번호의 주기 함수입니다. 현대의 주기율표는 원자 번호의 오름차순으로 원소를 배열하고, 유사한 성질을 가진 원자를 동일한 수직 열에 그룹화합니다. 각 상자는 원소를 나타내며 원자 번호, 기호, 평균 원자 질량 및 (때때로) 이름을 포함합니다.

요소는 기간 또는 계열이라고 하는 7개의 가로 행과 그룹이라고 하는 18개의 세로 열로 배열됩니다. 그룹은 각 열의 상단에 라벨이 지정됩니다. 표를 한 페이지에 담기 위해서는 일반적으로 표 본문 아래에 2행의 일부, 즉 총 14열을 작성합니다.

많은 원소는 화학적, 물리적 특성이 크게 다르지만 일부 원소는 거동이 유사합니다. 예를 들어, 많은 요소는 반짝이는 것처럼 보이고, 가단성과 연성이 있으며, 열과 전기를 잘 전도합니다. 다른 요소는 광택이 없고, 가단성 또는 연성이 없으며 열과 전기의 전도율이 낮습니다. 요소는 공통 속성을 갖는 큰 클래스로 분류될 수 있습니다. 금속(빛나고, 가단성이 있고, 열과 전기가 잘 전달되는 요소 - 노란색 음영); 비금속(무딘 것처럼 보이는 요소, 열과 전기의 열악한 전도체 - 빨간색 음영); 및 준금속(열과 전기를 적당히 잘 전도하고 금속의 일부 특성과 비금속의 일부 특성을 갖는 요소 - 보라색 음영).

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요소는 1, 2, 13~18 열의 주그룹 요소(또는 대표 요소)로 분류될 수도 있습니다. 3-12로 표시된 열의 전이 금속; 표 하단의 두 줄에는 내부 전이 금속이 있습니다. 표 하단의 맨 윗줄 원소는 란탄족 원소이고, 맨 아래 줄 원소는 악티늄족 원소입니다. 요소는 이것이 형성하는 화합물의 구성과 같은 보다 구체적인 특성에 따라 더 세분화될 수 있습니다. 예를 들어, 1 족(첫 번째 열)의 원소는 원소 원자 1개와 수소 원자 1개로 구성된 화합물을 형성합니다. 이러한 원소(수소 제외)는 알칼리 금속으로 알려져 있으며 모두 비슷한 화학적 특성을 가지고 있습니다. 2족(두 번째 열)의 원소는 원소 원자 1개와 수소 원자 2개로 구성된 화합물을 형성합니다. 이를 알칼리 토금속이라고 하며 해당 족의 구성원 간에 유사한 특성을 갖습니다.

구체적인 이름을 가진 다른 그룹으로는 닉토젠(15족), 칼코겐(16족), 할로겐(17족) 및 비활성 기체(18족, 불활성 기체라고도 함)가 있습니다. 그룹은 그룹의 첫 번째 원소로 표시될 수도 있습니다. 예를 들어, 칼코겐은 산소 그룹 또는 산소족이라고 부를 수 있습니다. 수소는 1족 및 17족 원소와 유사한 특성을 지닌 독특한 비금속 원소입니다. 이러한 이유로 수소는 두 그룹의 상단에 표시되거나 단독으로 표시될 수 있습니다.

43번 원소(테크네튬), 61번 원소(프로메튬), 원자번호 84번(폴로늄) 이상의 대부분 원소의 원자량은 대괄호 안에 표시되어 있습니다. 이는 전적으로 불안정한 방사성 동위원소로 구성된 원소에 대해 수행됩니다(방사능에 대한 자세한 내용은 핵화학 장에서 다룹니다). 이러한 원소의 평균 원자량은 방사성 동위원소가 공급원에 따라 상대적 풍부도가 크게 다르거나 자연에 존재하지 않을 수도 있기 때문에 결정할 수 없습니다. 대괄호 안의 숫자는 해당 원소의 가장 안정한 동위원소의 대략적인 원자 질량인 원자 질량수입니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/2-5-the-periodic-table">Openstax, Chemistry 2e, Section 2.5: The Periodic Table.</a>

초기 화학자들이 더 많은 원소를 발견함에 따라 그들은 유사한 화학적 거동에 따라 다양한 원소를 그룹화할 수 있다는 것을 깨달았습니다. 그러한 그룹화 중 하나는 ...

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주요 용어 및 개념

periodic table patterns and element groups

The periodic table organizes elements by repeating patterns in their properties. Chemists first noticed that some elements behaved alike, so they grouped them by chemical behavior. Lithium, sodium, and potassium are one example. They are shiny and conduct heat and electricity well. Calcium, strontium, and barium form another group with similar physical and chemical properties. Yet these two groups are not the same. The lithium group is much more reactive, and its elements form oxygen compounds in a 2-to-1 atom ratio. The calcium group is less reactive, and its elements form oxygen compounds in a 1-to-1 atom ratio. Fluorine, chlorine, bromine, and iodine also share similar properties, but those properties are very different from the metal groups above.

Dimitri Mendeleev in Russia and Lothar Meyer in Germany both recognized this repeating pattern in the elements in the 1860s and 1870s. They arranged the known elements by increasing atomic mass. Mendeleev went further by predicting elements that had not yet been discovered. He expected elements with properties similar to aluminum and silicon. Later, gallium and germanium were discovered, and they supported his work. Mendeleev and Meyer later disputed who deserved priority, but Mendeleev is now more widely recognized for helping develop the periodic table.

By the twentieth century, scientists saw that the pattern depends on atomic number, not atomic mass. The periodic law says that the properties of the elements change in a repeating way as atomic number increases. A modern periodic table follows this rule. It places elements in order of increasing atomic number and groups elements with similar properties in the same vertical column.

Each box on the periodic table shows one element. It usually includes the atomic number, symbol, average atomic mass, and sometimes the name. The table has seven horizontal rows, called periods, and 18 vertical columns, called groups. The group labels appear at the top. To fit the table on one page, parts of two rows are often shown below the main table. These 14 columns belong to the lanthanides and actinides.

Elements can also be sorted by their physical properties. Metals are shiny, malleable, and ductile, and they conduct heat and electricity well. Nonmetals are usually dull and are poor conductors. Metalloids fall between these two groups. They conduct heat and electricity moderately well and have some properties of metals and some of nonmetals. The table also separates main-group elements in columns 1, 2, and 13 through 18, transition metals in columns 3 through 12, and inner transition metals in the two rows at the bottom.

Some groups have special names based on their chemistry. Group 1 elements, except hydrogen, are alkali metals. They form compounds with one atom of the element and one atom of hydrogen. Group 2 elements are alkaline earth metals, and they form compounds with one atom of the element and two atoms of hydrogen. Other named groups include the pnictogens, chalcogens, halogens, and noble gases. The chalcogens are also called the oxygen family. Hydrogen is unusual because it is a nonmetal with properties similar to both group 1 and group 17. It may appear at the top of either group or by itself.

Some elements have atomic masses shown in square brackets. This includes element 43, technetium, element 61, promethium, and most elements with atomic number 84 and higher, such as polonium. These elements are made entirely of unstable, radioactive isotopes. Because their isotopes can vary in abundance or may not occur naturally, an average atomic weight cannot be given. The bracketed value is the mass number of the most stable isotope, which is an approximate atomic mass.

Periodic Table Patterns and Element Groups

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the atomic theory of matter

Dalton’s Laws and Early Atomic Ideas

Dalton’s atomic theory explains matter with atoms, elements, and compounds. It also shows how chemical changes follow simple laws. This idea gave chemistry a microscopic model for what can be seen in the lab. The earliest recorded ideas about matter came from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus said all matter was made of tiny, finite particles called atomos, meaning “indivisible.” Aristotle and others later argued that matter was made from four elements: fire, earth, air, and...

subatomic particles

Atomic Structure: Protons, Neutrons, and Electrons

Atomic structure is built from three subatomic particles: protons, neutrons, and electrons. Atoms make up all matter, and these particles explain an atom’s mass and charge. The electron was first identified at the end of the 19th century by J.J. Thomson. He used a cathode ray tube, a sealed glass tube with almost all the air removed and two metal electrodes. When high voltage was applied, a visible beam called a cathode ray formed. The beam bent toward positive charge and away from negative...

elements: chemical symbols and isotopes

Reading Element Symbols and Isotope Notation

Chemical symbols and isotope notation help identify elements and their atoms. A chemical symbol is an abbreviation for an element or a single atom of that element. Mercury, for example, is written as Hg. The same symbol can point to one atom in the microscopic domain or to many atoms of the element in a container or sample. Many symbols come from the element’s common English name. Others come from Latin, Greek, or German names. Aluminum uses Al, while iron uses Fe from the Latin word Ferrum.

ions and ionic charges

Predicting Ion Charges on the Periodic Table

Ion charges can often be predicted from an element’s position on the periodic table. In chemical reactions, the nucleus stays unchanged, but electrons may be transferred, lost, or shared. When atoms gain or lose electrons during compound formation, they become ions, which are electrically charged particles. A positive ion is called a cation. A cation has more protons than electrons because it lost electrons. A negative ion is called an anion. An anion has more electrons than protons because it...

the periodic table

The periodic table organizes elements by repeating patterns in their properties. Chemists first noticed that some elements behaved alike, so they grouped them by chemical behavior. Lithium, sodium, and potassium are one example. They are shiny and conduct heat and electricity well. Calcium, strontium, and barium form another group with similar physical and chemical properties. Yet these two groups are not the same. The lithium group is much more reactive, and its elements form oxygen compounds...

atomic mass

Average Atomic Mass and Isotopes

Average atomic mass explains why many elements on the periodic table have decimal values. Atoms are extremely small, so scientists use the atomic mass unit, or amu, to measure them. A carbon atom weighs less than 2 × 10−23 g, and the amu is defined from carbon-12. One amu is exactly 1/12 the mass of one carbon-12 atom, which is 1.6605 × 10−24 g. The dalton (Da) and the unified atomic mass unit (u) mean the same thing as the amu. For a single atom, atomic mass is usually close to its mass...

molar mass

Mole, Mass, and Avogadro’s Number

The mole links mass and the number of particles in a substance. It gives chemists a standard way to count atoms and molecules in samples that are far too small to see. It also helps show why substances with the same kinds of atoms can still have very different properties, like water, H2O, and hydrogen peroxide, H2O2. The mole is an amount unit, like a pair or a dozen. One mole contains 6.02214076 × 10^23 discrete entities, such as atoms or molecules. This number is usually rounded to 6.022 ×...

key terms and concepts

Learn how the periodic table groups elements by repeating patterns, atomic number, and chemical behavior, including metals, nonmetals, groups, and special names.

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Physical Science

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Matter And Its Interactions

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Periodic trends of the elements

Structure And Properties Of Matter

Periodic Table

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PS.4.a

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Periodic Table Trends

SC1.

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Periodic Table Trends: Atomic Radii, Ionization, and Electronegativity

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In science, a law is defined as a concise, verbal or mathematical, statement that summarizes a vast number of experimental observations. ...

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Chemistry is an empirical science. Scientists often pose questions to understand the chemistry in everyday life and seek answers to these questions. To ...

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Chemistry is the study of matter and the changes it undergoes. Matter is anything that has mass and occupies space. Matter is all around us; the air, ...

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Radioactivity and Nuclear Equations

Nuclear chemistry is the study of reactions that involve changes in nuclear structure. The nucleus of an atom is composed of protons and, except for ...

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Alpha (&#945;) decay is the ...

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Radioactive Decay and Radiometric Dating

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Nuclear Fission

Many heavier elements with smaller binding energies per nucleon can decompose into more stable elements that have intermediate mass numbers and larger ...

Nuclear Power

Controlled nuclear fission reactions are used to generate electricity. Any nuclear reactor that produces power via the fission of uranium or plutonium by ...

Nuclear Fusion

The process of converting very light nuclei into heavier nuclei is also accompanied by the conversion of mass into large amounts of energy, a process ...

Nuclear Transmutation

Nuclear transmutation is the conversion of one nuclide into another. It can occur by the radioactive decay of a nucleus, or the reaction of a nucleus with ...

Use models to compare nuclear reactions including alpha decay, beta decay and gamma decay; nuclear fusion and nuclear fission.

PS.Chm.1.2

Atomic Orbitals

An atomic orbital represents the three-dimensional regions in an atom where an electron has the highest probability to reside. The radial distribution ...

The Pauli Exclusion Principle

The arrangement of electrons in the orbitals of an atom is called its electron configuration. We describe an electron configuration with a symbol that ...

The Energies of Atomic Orbitals

In an atom, the negatively charged electrons are attracted to the positively charged nucleus. In a multielectron atom, electron-electron repulsions are ...

The Aufbau Principle and Hund's Rule

To determine the electron configuration for any particular atom, we can build the structures in the order of atomic numbers. Beginning with hydrogen, and ...

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Electron Configuration of Multielectron Atoms

The alkali metal sodium (atomic number 11) has one more electron than the neon atom. This electron must go into the lowest-energy subshell available, the ...

Use models to explain how electrons are distributed in atoms.

PS.Chm.1.3

Periodic Classification of the Elements

The periodic table arranges atoms based on increasing atomic number so that elements with the same chemical properties recur periodically. When their ...

As early chemists discovered more elements, they realized that various elements could be grouped by their similar chemical behaviors. One such grouping ...

Atomic Mass

Atoms &mdash; and the protons, neutrons, and electrons that compose them &mdash; are extremely small. For example, a carbon atom weighs less than 2 ...

Molar Mass

The identity of a substance is defined not only by the types of atoms or ions it contains but by the quantity of each type of atom or ion. For example, ...

Use the Periodic Table as a model to predict the relative properties of elements based on the pattern of valence electrons in the outermost energy levels of atoms.

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Atomic Radii and Effective Nuclear Charge

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The amount of energy required to remove the most loosely bound electron from a gaseous atom in its ground state is called its first ionization energy ...

Electron Affinity

The electron affinity (EA) is the energy change for adding an electron to a gaseous atom to form an anion (negative ion).



This process can be either ...

Construct an explanation to infer the atomic size, reactivity, electronegativity, and ionization energy of an element based on its position in the Periodic Table.

PS.Chm.2.2

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Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

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An ionic compound is stable because of the electrostatic attraction between its positive and negative ions. The lattice energy of a ...

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Trends in Lattice Energy: Ion Size and Charge

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Bond Polarity

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Lewis Structures of Molecular Compounds and Polyatomic Ions

To draw Lewis structures for complicated molecules and molecular ions, it is helpful to follow a step-by-step procedure as outlined:


	Determine the ...

Analyze and interpret data to explain the mechanisms and properties of the two main types of intramolecular (ionic and covalent) bonds.

PS.Chm.3.1

Analyze the structure of atoms and isotopes.

Periodic Table Patterns and Element Groups

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