학문
바나나를좋아하는원숭이
주기율표에서 비활성 기체는 전혀 결합을 형성하지 않나요?
안녕하세요. 주기율표에서 18 족에 해당하는 비활성 기체들은 원자 자체적으로도 안정적이기 때문에 결합을 형성하지 않는다고 하던데요. 예외적으로 결합을 형성하는 경우도 있는지 궁금합니다.
2개의 답변이 있어요!
안녕하세요.
주기율표 18족의 비활성 기체는 거의 반응하지 않는 것은 맞지만, 그렇다고 해서 절대로 결합을 형성하지 않는 것은 아닙니다. 비활성 기체가 반응성이 낮은 이유는 바깥 전자껍질이 이미 가득 차 있는 안정한 전자배치를 가지고 있기 때문인데요, 이 상태는 에너지적으로 매우 안정합니다. 안정하기 때문에 다른 원자와 전자를 주고받거나 공유할 필요가 거의 없으며 결합을 형성하지 않습니다. 하지만 원자번호가 큰 비활성 기체일수록 바깥 전자가 핵으로부터 멀리 떨어져 있어, 전자가 느끼는 유효핵전하가 상대적으로 작기 때문에 느슨하게 결합되어 있습니다. 따라서 강한 산화제나 높은 에너지 조건에서는 반응이 가능한데요, 예를 들어서 XeF₆과 같은 제논 화합물의 경우 제논은 플루오린과 반응하여 XeF₂, XeF₄, XeF₆ 등 여러 화합물을 형성할 수 있으며, 이는 비활성 기체도 조건에 따라 공유 결합을 형성할 수 있음을 보여줍니다. 반면 헬륨이나 네온처럼 매우 가벼운 비활성 기체는 전자를 붙잡는 힘이 매우 강하고 이온화 에너지가 높습니다. 따라서 현재까지 안정한 화합물을 거의 형성하지 않는 것으로 알려져 있습니다. 감사합니다.
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채택된 답변안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
비활성 기체는 주기율표 18족에 속하며, 최외각 전자 껍질이 이미 안정된 상태라서 일반적으로 다른 원소와 결합하지 않습니다. 이 때문에 오랫동안 화학적으로 완전히 불활성하다라고 여겨졌습니다. 그러나 실제로는 특정 조건에서 예외적으로 결합을 형성하는 경우가 있습니다.
대표적인 예는 크세논(Xe)입니다. 크세논은 상대적으로 큰 원자 반지름과 낮은 이온화 에너지를 가지고 있어, 강한 산화제와 반응할 수 있습니다. 1962년 Bartlett가 처음으로 XePtF₆를 합성하면서 비활성 기체도 화합물을 만들 수 있다는 사실이 밝혀졌습니다. 이후 XeF₂, XeF₄, XeF₆ 같은 플루오린화합물과 XeO₃, XeO₄ 같은 산소 화합물이 보고되었습니다.
또한 라돈(Rn) 역시 플루오린과 반응해 RnF₂ 같은 화합물을 형성할 수 있습니다. 다만 라돈은 방사성 원소라 연구가 제한적입니다. 아르곤(Ar)의 경우에는 극저온 조건에서 HArF 같은 일시적인 화합물이 실험적으로 관찰된 바 있습니다. 하지만 네온(Ne)이나 헬륨(He)처럼 작은 원자는 이온화 에너지가 너무 커서 사실상 결합을 형성하지 않습니다.
따라서 비활성 기체는 일반적으로 결합을 하지 않지만, 크세논과 라돈은 강한 산화제와 반응해 안정된 화합물을 만들 수 있고, 아르곤은 특수한 조건에서 일시적인 결합을 형성할 수 있다는 점에서 “완전히 불활성하다”는 표현은 엄밀히 맞지 않습니다.