Ⅱ. 물질과 규칙성 · 원소의 주기성

🧮 원소의 주기성 · 주기율표 랩

세상의 모든 물질을 이루는 원소들의 숨은 규칙

📋 원소, 세상의 알파벳

💥 놀라운 사실
너의 몸, 저 바다, 밤하늘의 별, 손 안의 스마트폰 — 이 모든 것이 단 90여 종의 자연 원소를 조합해 만들어졌다. 그리고 그 원소들은 아무렇게나가 아니라 표 하나에 딱 떨어지는 규칙으로 줄 서 있다. 마치 알파벳 26자로 모든 단어를 만들듯.
🧔🏻‍🔬
멘델레예프 (Mendeleev, 1869)
원소들을 무게 순으로 늘어놓다가 성질이 주기적으로 반복되는 걸 발견했다. 놀라운 건 — 그는 표에 빈칸을 남기고 "여기에 아직 발견 안 된 원소가 있고, 그 성질은 이럴 것"이라 예언했다. 몇 년 뒤 갈륨·저마늄이 예언 그대로 발견됐다.

이 앱에서 우리는 원자 속 전자가 어떻게 배치되는지 → 그 배치가 왜 주기율표의 규칙을 만드는지 → 그 규칙이 세상을 어떻게 움직이는지를 직접 만져보며 알아본다.

⚛️ 원자와 전자 배치

원자 = 가운데 원자핵(양성자 + 중성자) + 그 주위를 도는 전자. 원자번호 = 양성자 수 = (중성 원자의) 전자 수. 아래 슬라이더로 원자번호를 바꿔 전자가 껍질에 어떻게 채워지는지 보자.

H
수소
원자번호 (양성자)1
전자 배치 (K·L·M·N)1
주기 (전자껍질 수)1
족1족
원자가 전자 (맨 바깥)1
1 (H)← 원자번호 →20 (Ca)

핵심 규칙 — 껍질은 안쪽부터 채운다

껍질K (1번째)L (2번째)M (3번째)
최대 전자 수288*

* 통합과학1 범위(1~20번)에서 다루는 단순 모형. 예: 나트륨(11) = 2, 8, 1 → 원자가 전자 1개.

🔑 왜 '원자가 전자'가 중요한가
맨 바깥 껍질의 전자(= 원자가 전자)가 그 원소의 성격과 결합 방식을 결정한다. 이온이 될지, 어떤 원소와 붙을지가 여기서 정해진다. → 다음 규칙(주기율표)의 핵심 열쇠.
⚠️ 흔한 오해
"원자번호 = 원자의 무게" → 아니다. 원자번호는 양성자 개수다. 무게(질량수)는 양성자 + 중성자.

📊 인터랙티브 주기율표 (1~36번)

가로줄 = 주기(전자껍질 수). 세로줄 = 족(원자가 전자 수가 비슷 → 성질이 닮음). 원소를 눌러 정보를 보고, 아래 버튼으로 같은 성질 그룹을 하이라이트해 보자.

원소를 누르면 여기에 정보가 표시됩니다. 👆
✅ 표에서 바로 보이는 규칙
• 같은 족(세로줄) = 원자가 전자 수 같음 = 화학적 성질 닮음 (예: Li·Na·K 모두 1족, 물에 넣으면 격렬 반응)
• 같은 주기(가로줄) = 전자껍질 수 같음
• 왼쪽·가운데 = 금속, 오른쪽 위 = 비금속, 그 경계에 준금속(반도체 재료!)

🧊 PhET · 원자 만들기 (Build an Atom)

양성자·중성자·전자를 직접 끌어다 원자를 조립해 보자. 양성자 수를 바꾸면 원소가 바뀌고, 전자 수를 바꾸면 이온이 된다.

🧭 사용 가이드
  1. 왼쪽 상자에서 양성자(빨강)를 원자핵으로 드래그 → 오른쪽에 원소 이름이 뜬다
  2. 전자를 바깥 껍질로 드래그 → K(2), L(8) 채워지는 걸 확인
  3. 순서대로 만들기: H(1) → He(2) → C(6) → O(8) → Na(11) → Cl(17)
  4. 위쪽 "게임" 탭 → 퀴즈 모드로 도전
  • 양성자를 11개로 만들면 무슨 원소? (→ 나트륨) 원자가 전자는 몇 개?
  • 전자 1개를 빼보자 — 전체 전하가 어떻게 되나? (→ +1, 양이온 Na+)
  • 중성자 수만 바꾸면 원소 이름이 바뀌나? (→ 안 바뀜. 질량만 변함 = 동위원소)
🧊
PhET 원자 만들기 시뮬레이션
클릭하면 이 자리에서 실행됩니다 (외부: phet.colorado.edu)
새 탭에서 크게 열기 ↗

🌐 세상 속으로

📌 어른이 되어도 기억할 것
  1. 세로줄(족)이 같으면 성질이 닮는다. 주기율표의 핵심 한 문장.
  2. 맨 바깥 전자(원자가 전자)가 그 원소의 성격을 결정한다. 몇 개 주고/받고 싶은지가 곧 화학.
  3. 18족 비활성 기체는 바깥 껍질이 꽉 차 있어 거의 반응하지 않는다. 그래서 헬륨 풍선은 안전하고, 네온사인은 안정하게 빛난다.
💡 인사이트 — 주기율표는 '결합'을 예언한다
소금(NaCl)에서 왜 Na와 Cl이 딱 1:1로 붙을까? Na는 1족이라 전자 1개를 주고 싶고, Cl은 17족이라 전자 1개를 받아 8개(옥텟)를 채우고 싶다. 주고 싶은 1개 ↔ 받고 싶은 1개가 딱 맞는다. → 주기율표에서의 위치가 곧 화학 결합을 결정한다. 화학 결합 랩에서 이어 확인해 보자.
🏠 실생활 속 원소
🧂
소금 · Na + Cl
1족 + 17족의 완벽한 짝
🎈
헬륨 풍선 · He
18족, 안 타고 안 반응
💡
네온사인 · Ne·Ar
18족, 전기 걸면 발광
🔋
배터리 · Li
1족, 전자 잘 내줌
🏗️
철근·못 · Fe
전이금속, 강하고 흔함
🪟
유리·모래 · Si
준금속, 반도체 재료
🏭 산업과 직업 — 원소가 먹여 살리는 세상
💻
반도체 — 규소(Si, 14족 준금속)
전 세계 반도체 칩이 모래(SiO₂)에서 나온다. 한국 경제의 핵심 산업.
🎓 전자공학 · 재료공학 · 반도체공학
🔋
배터리 — 리튬(Li, 1족)
전기차·스마트폰 배터리. "하얀 석유"라 불리며 자원 경쟁이 치열.
🎓 화학공학 · 에너지공학
🚀
항공·우주 — 타이타늄(Ti)
가볍고 강해 항공기·우주선·임플란트에.
🎓 재료공학 · 항공우주공학
📊
신소재 탐색 — 데이터로
수많은 원소 조합 중 최적 신소재를 AI·데이터로 예측하는 시대.
🎓 데이터사이언스 · 계산재료과학

🔥 주기율표 퀴즈

배운 규칙으로 풀어보자. 힌트: 원자번호로 전자 배치를 그려보면 주기·족·원자가 전자가 다 나온다.

문제 1 / 10 점수 0 / 10

✅ 정리

구분주기 (가로줄)족 (세로줄)
무엇전자껍질 수원자가 전자 수(대략)
의미1·2·3·4주기 …같은 족 = 성질 닮음

꼭 아는 대표 족

족이름특징
1족알칼리 금속전자 1개 잘 내줌, 반응성 큼, 무름 (Li·Na·K)
2족알칼리 토금속전자 2개 내줌 (Mg·Ca)
17족할로젠전자 1개 잘 받음, 반응성 큼 (F·Cl·Br)
18족비활성 기체바깥 껍질 꽉 참 → 거의 반응 안 함 (He·Ne·Ar)
🔑 한 줄 요약
원자번호 → 전자 배치 → 원자가 전자 → 주기율표 속 위치 → 원소의 성질과 결합. 하나로 이어지는 사슬이다.

자가 점검

약점 태그

과학:주기율표과학:전자배치과학:원자가전자과학:주기성
➡️ 다음 단원
원자가 전자가 결합을 결정한다 → 화학 결합 랩으로. 또는 통합과학1 허브로 돌아가기.