#41 화학 결합을 형성하는 까닭

문제 1 · OX 문제

18족 이외의 원소들은 전자를 잃거나 얻어서 18족 원소와 같은 안정한 전자 배치를 가지려는 경향이 있다. ( )

정답: O

빙고! 18족 원소(비활성 기체)는 가장 바깥 전자 껍질이 꽉 차 있어서 이미 완벽하게 균형이 잡힌 평온한 상태예요. 다른 원소들도 이런 부러운 상태가 되기 위해 자신의 전자를 버리거나 다른 원소의 전자를 데려오면서 화학 결합을 형성한답니다. 자연계의 모든 물질이 에너지가 낮고 안정한 상태를 추구하려는 보편적인 성질이 반영된 것이죠.

문제 2 · OX 문제

1족, 2족, 13족에 속하는 금속 원소들은 주로 전자를 얻어서 비활성 기체와 같은 전자 배치를 이루려고 한다. ( )

정답: X

반대예요! 금속 원소들은 쿨하게 전자를 '버리는' 쪽을 선택해요. 1, 2, 13족 원소들은 가장 바깥 껍질에 있는 1~3개의 전자를 떼어내 버리는 것이 외부에서 5~7개의 전자를 구해와 8개를 채우는 것보다 에너지 측면에서 훨씬 쉽고 효율적이기 때문입니다. 전자를 잃고 양이온이 되면서 안쪽 껍질을 새로운 바깥 껍질로 삼아 안정해집니다.

문제 3 · OX 문제

17족 원소인 플루오린은 안정한 전자 배치를 위해 전자를 1개 잃으려는 경향이 있다. ( )

정답: X

플루오린은 17족 원소로 가장 바깥 껍질에 전자가 7개나 있어요! 안정해지기 위한 목표인 8개에 도달하려면 딱 1개가 모자란 상태입니다. 7개를 몽땅 버리는 것은 너무 힘들기 때문에, 전자를 잃기보다는 다른 원소로부터 전자를 1개 잽싸게 얻어오거나, 다른 원자와 서로 전자를 내놓고 공유하는 방식을 선택하여 안정한 배치를 이룹니다.

문제 4 · OX 문제

원소들이 전자를 잃거나 얻어 가장 바깥 전자 껍질에 전자를 8개 채워 안정해지려는 경향을 옥텟 규칙이라고 한다. ( )

정답: O

맞아요! '옥토퍼스(문어)'의 다리가 8개인 것처럼, '옥텟(Octet)'은 숫자 8을 의미해요. 원소들이 화학 반응을 통해 가장 바깥 전자 껍질에 전자를 8개 채워 18족 원소와 같은 안정감을 찾으려는 자연스러운 화학적 원리를 말합니다. 이는 이온 결합이나 공유 결합이 형성되는 가장 근본적인 이유가 됩니다.

문제 5 · OX 문제

수소나 리튬은 옥텟 규칙을 엄격하게 따라 가장 바깥 전자 껍질에 전자를 무조건 8개 채운다. ( )

정답: X

수소와 리튬은 원자 번호가 작아 첫 번째 전자 껍질을 주로 사용하는 아주 작은 원소들이에요! 첫 번째 방은 원자핵과 너무 가까워 공간이 좁기 때문에 전자가 최대 2개까지만 들어갈 수 있어요. 그래서 이 친구들은 8개가 아니라 단 2개만 채워도 비활성 기체인 헬륨처럼 완전하게 안정해진답니다. 옥텟 규칙의 대표적인 예외 상황이죠.

문제 6 · 빈칸 채우기

물질을 구성하는 원소들은 화학 결합을 형성하여 18족 원소인 ( )와 같은 안정한 전자 배치를 이루려는 경향이 있다. (5글자)

정답: 비활성기체

다른 원소들과 화학 반응을 거의 하지 않고 스스로 평온한 상태를 꿋꿋하게 유지하는 귀족 같은 기체들이에요. 주기율표의 가장 오른쪽인 18족에 위치하며, 헬륨, 네온, 아르곤 등이 여기에 속한답니다. 이들의 전자 배치는 모든 원소들이 화학 결합을 통해 도달하고자 하는 최종 목표 모델이라고 할 수 있습니다.

문제 7 · 빈칸 채우기

원소들이 전자를 잃거나 얻어 가장 바깥 전자 껍질에 전자 8개를 채워 안정해지려는 자연스러운 경향성을 ( ) 규칙이라고 한다. (2글자)

정답: 옥텟

화학의 세계에서 숫자 8은 마법의 방패와 같아요. 8개를 꽉 채우면 아주 튼튼하고 안정한 상태가 되기 위해 반응하는 규칙이랍니다. 문어를 뜻하는 옥토퍼스(Octopus)나 피아노의 한 옥타브(Octave)처럼 접두사 '옥트(Oct-)'는 숫자 8을 의미합니다. 즉, 전자를 8개 채워서 비활성 기체와 같은 평화로운 상태에 도달하려는 원소들의 강력한 의지를 보여주는 핵심 원리입니다.

문제 8 · 빈칸 채우기

전자를 얻어 안정한 전자 배치를 이루려는 15, 16, 17족의 ( )은 주로 전자를 얻거나 다른 원자와 공유하는 방식을 취한다. (3글자)

정답: 비금속

주기율표의 오른쪽에 위치하는 산소, 질소, 플루오린 같은 친구들이에요! 이들은 원자가 전자가 5~7개로 비교적 많아서, 자신이 가진 전자를 내어주기보다는 부족한 전자를 외부에서 강하게 당겨오거나 서로 같이 쓰는(공유) 것을 훨씬 좋아한답니다. 덕분에 주로 음이온이 되거나 공유 결합을 형성하게 되죠.

문제 9 · 빈칸 채우기

나트륨과 같은 1족 금속 원소가 18족 원소와 같은 배치를 이루기 위해 잃어버리는 전자의 개수는 ( )이다. (1글자)

정답: 1

나트륨은 가장 바깥 전자 껍질에 전자가 딱 1개 덩그러니 남아있는 상태입니다. 18족 원소처럼 가장 바깥 껍질에 8개를 채우려면 외부에서 무려 7개의 전자를 힘들게 끌어와야 합니다. 그보다는 차라리 이미 가지고 있는 1개의 전자를 쿨하게 버리고, 그 안쪽 껍질에 이미 꽉 차 있는 8개의 전자를 바깥 껍질로 사용하는 것이 에너지 측면에서 훨씬 유리하고 효율적이기 때문입니다.

문제 10 · 빈칸 채우기

수소나 리튬이 안정한 전자 배치를 이룰 때 기준이 되는 비활성 기체인 ( )은 가장 바깥 껍질에 전자가 2개 채워져 있다. (2글자)

정답: 헬륨

우주에서 가장 가볍고 안정한 비활성 기체 중 하나예요. 폭발 위험이 없어서 놀이공원의 풍선이나 거대한 비행선에 넣는 안전한 기체로 널리 쓰이죠. 다른 18족 원소들이 8개의 전자를 가진 것과 달리, 헬륨은 첫 번째 껍질에 딱 2개의 전자만으로도 완벽한 화학적 안정을 누린다는 독특한 특징이 있습니다.

문제 11 · 단답형

원소들이 화학 결합을 형성할 때 안정한 배치를 이루기 위해 첫 번째 껍질을 제외한 가장 바깥 전자 껍질에 기본적으로 채우려고 하는 전자의 개수는? (1글자)

정답: 8

대부분의 원소들에게 완성된 퍼즐의 조각 수는 8개입니다. 이 숫자를 맞추는 순간 원소들은 마음의 평화를 얻고 화학적으로 안정해져 반응성을 잃게 됩니다. 이는 18족 비활성 기체인 네온이나 아르곤 등이 가장 바깥 전자 껍질에 8개의 전자를 가지고 있어 매우 안정한 상태를 유지하는 것과 같은 이치이며, 화학 결합이 일어나는 가장 근본적인 동력이 됩니다.

문제 12 · 단답형

16족 비금속 원소인 산소가 비활성 기체인 네온과 같은 안정한 전자 배치를 이루기 위해 외부로부터 얻어야 하는 전자의 개수는? (1글자)

정답: 2

산소는 16족 원소이므로 가장 바깥 껍질에 전자를 6개 가지고 있습니다. 마법의 숫자 8을 완성하여 안정한 네온과 같은 전자 배치를 가지려면 딱 2개의 전자가 더 필요합니다. 그래서 산소는 다른 원소로부터 전자를 2개 빼앗아 오거나(이온 결합), 서로 전자를 내놓고 함께 사용하는(공유 결합) 방식으로 부족한 2개를 채워 완벽한 안정을 추구합니다.

문제 13 · 단답형

화학 결합을 형성하는 과정에서 나트륨과 마그네슘 같은 1족, 2족 원소들은 전자를 잃는 성질이 강한데, 이러한 원소들을 묶어서 무슨 원소라고 하는가? (3글자)

정답: 금속원소

주기율표의 왼쪽과 가운데에 주로 위치하며 철, 구리, 나트륨처럼 광택이 나고 전기를 잘 통하게 하는 물질들이에요! 이들은 가장 바깥쪽 껍질의 전자가 원자핵과 끌어당기는 힘이 상대적으로 약해서, 전자를 쉽게 떼어버리는 성격을 가집니다. 그 결과 화학 반응 시 전자를 잃고 양이온이 되려는 경향이 매우 강하게 나타납니다.

문제 14 · 단답형

13족 원소인 알루미늄이 옥텟 규칙을 만족하여 안정한 상태가 되기 위해 버려야 하는 가장 바깥 껍질의 전자의 개수는? (1글자)

정답: 3

알루미늄의 가장 바깥 껍질에는 3개의 전자가 존재합니다. 옥텟 규칙인 8개를 맞추기 위해 무려 5개의 전자를 외부에서 끌어오는 과정은 너무 많은 에너지를 필요로 합니다. 따라서 자신이 가지고 있는 3개의 전자를 다른 원소에게 미련 없이 내어주는 것이 훨씬 쉽고 빠른 길입니다. 이렇게 3개를 버리고 나면 +3의 전하를 띠는 안정한 알루미늄 이온이 됩니다.

문제 15 · 단답형

수소나 헬륨 원자의 경우, 전자가 들어갈 수 있는 가장 안쪽의 첫 번째 전자 껍질에 들어갈 수 있는 전자의 최대 수용 한도는? (1글자)

정답: 2

원자핵과 가장 가까운 첫 번째 전자 껍질은 공간이 매우 협소한 1인용(최대 2인용) 원룸과 같습니다. 공간적인 제약 때문에 전자 2개가 들어가면 꽉 차서 더 이상 다른 전자가 들어올 수 없습니다. 따라서 옥텟 규칙의 예외로써, 첫 번째 껍질만 사용하는 수소나 리튬 같은 가벼운 원소들은 전자를 8개가 아닌 2개만 채워도 헬륨과 같이 완벽하게 안정한 상태에 도달하게 됩니다.

문제 16 · 보기 선택

화학 결합이 형성되는 원리에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 원소들은 화학 결합을 통해 불안정한 전자 배치를 이루려 한다.
• ㄴ. 18족 원소는 이미 안정한 전자 배치를 가지고 있어 화학 결합을 거의 형성하지 않는다.
• ㄷ. 원소들이 화학 결합을 형성할 때 가장 바깥 전자 껍질의 전자 수가 18족 원소와 같아진다.
• ㄹ. 모든 원소는 예외 없이 반드시 가장 바깥 전자 껍질에 8개의 전자를 채워야만 안정해진다.

정답: ㄴ, ㄷ

원소들은 비활성 기체(18족)처럼 평온하고 안정된 전자 배치를 갖는 것이 소원이랍니다! 화학 결합은 바로 이 불안정을 해소하기 위한 과정이죠. 다만 수소나 리튬처럼 아주 작은 친구들은 8개가 아니라 2개만 채워도 행복해지는 귀여운 예외가 존재한다는 사실을 반드시 기억해야 해요. 결합의 궁극적인 목적은 언제나 '안정성 확보'입니다.

문제 17 · 보기 선택

금속 원소와 비금속 원소의 전자 배치 경향성에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 1족, 2족 금속 원소는 전자를 얻어 안정한 전자 배치를 이루려 한다.
• ㄴ. 17족 비금속 원소는 전자를 1개 잃어 안정한 전자 배치를 이루려 한다.
• ㄷ. 13족 금속 원소인 알루미늄은 전자를 3개 잃어 비활성 기체와 같은 배치를 이룬다.
• ㄹ. 15족, 16족 비금속 원소는 전자를 얻거나 공유하여 옥텟 규칙을 만족하려 한다.

정답: ㄷ, ㄹ

족 번호의 일의 자리를 보면 원자가 전자의 수를 금방 알 수 있어요! 1, 2, 13족인 금속은 바깥 전자가 1~3개로 적어서 잃는 게 에너지적으로 유리하고, 15, 16, 17족인 비금속은 바깥 전자가 5~7개로 이미 많아서 8개를 채우기 위해 외부에서 얻어오거나 공유하는 게 훨씬 유리하답니다. 원소의 종류에 따라 안정해지는 전략이 뚜렷하게 다릅니다.

문제 18 · 보기 선택

특정 원소들의 화학 결합 경향성에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 1족 원소인 나트륨은 전자를 1개 잃으려는 경향이 있다.
• ㄴ. 2족 원소인 마그네슘은 전자를 2개 얻으려는 경향이 있다.
• ㄷ. 16족 원소인 산소는 전자를 2개 잃으려는 경향이 있다.
• ㄹ. 17족 원소인 플루오린은 전자를 1개 얻거나 공유하려는 경향이 있다.

정답: ㄱ, ㄹ

나트륨은 원자가 전자가 1개라 이것을 미련 없이 버리고 깔끔해지길 원하고, 플루오린은 원자가 전자가 7개라 딱 1개만 데려와 8개를 꽉 채우고 싶어 해요. 이렇게 전자를 버리고 싶어 하는 금속(나트륨)과 얻고 싶어 하는 비금속(플루오린)이 만나면 전자를 매끄럽게 주고받으며 완벽한 찰떡궁합의 이온 결합을 형성하게 됩니다.

문제 19 · 보기 선택

옥텟 규칙과 그 예외에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 옥텟 규칙은 가장 바깥 전자 껍질에 전자를 8개 배치해 안정해지려는 경향이다.
• ㄴ. 수소는 전자를 1개 얻거나 공유해 가장 바깥 전자 껍질에 2개의 전자를 채운다.
• ㄷ. 리튬은 전자를 1개 잃어 헬륨과 같은 안정한 전자 배치를 이룬다.
• ㄹ. 원자핵과 가장 가까운 첫 번째 전자 껍질에는 전자가 최대 8개까지 들어갈 수 있다.

정답: ㄱ, ㄴ, ㄷ

대부분의 원소는 가장 바깥 껍질에 전자를 8개(옥텟) 채워야만 화학적으로 안정해지지만, 공간이 아주 좁은 첫 번째 껍질만을 사용하는 수소와 리튬은 단 2개의 전자만 채워도 비활성 기체(헬륨)처럼 완벽한 평화를 얻는답니다. 화학 규칙에는 항상 이렇게 이유 있는 예외가 존재하며, 이를 이해하는 것이 화학의 기초를 다지는 핵심입니다.

문제 20 · 보기 선택

다음 원소들이 안정한 전자 배치를 이룰 때 이동(또는 공유)하는 전자 수에 대한 설명으로 옳은 것을 모두 고르시오.

• ㄱ. 질소(15족)는 3개의 전자를 얻거나 공유한다.
• ㄴ. 알루미늄(13족)은 1개의 전자를 잃는다.
• ㄷ. 마그네슘(2족)은 2개의 전자를 잃는다.
• ㄹ. 산소(16족)는 1개의 전자를 얻는다.

정답: ㄱ, ㄷ

각 원소들이 마법의 숫자 '8'을 만들기 위해 덧셈을 할지 뺄셈을 할지 곰곰이 생각해보세요! 15족 질소는 바깥 전자가 5개니까 3개가 더 필요하고(+3), 2족 마그네슘은 바깥 전자가 2개뿐이니까 이 2개를 버리는(-2) 선택을 합니다. 자신이 가진 원자가 전자의 수가 4보다 크면 얻으려 하고, 작으면 잃으려는 경향이 강하게 나타난다고 보면 쉽습니다.

문제 21 · 객관식

다음 중 원소들이 화학 결합을 형성하는 주된 까닭으로 가장 적절한 것은?

• ① 모든 원소가 동일한 개수의 전자를 가지기 위해서
• ② 원자의 크기를 무한정 팽창시켜 돋보이기 위해서
• ③ 18족 비활성 기체와 같은 안정한 전자 배치를 이루기 위해서
• ④ 전자를 가능한 한 많이 얻어 높은 전하량을 갖기 위해서
• ⑤ 금속 원소와 비금속 원소가 서로의 성질을 바꾸기 위해서

정답: ③

화학의 세계에서 원소들이 추구하는 최고의 목표는 바로 '안정'이랍니다! 스스로 반응하지 않고 우아하게 지내는 18족 비활성 기체의 완벽하고 안정적인 전자 배치를 너무나 닮고 싶기 때문에, 다른 원소들과 서로 전자를 주고받거나 공유하면서 끈끈한 화학 결합을 형성하는 거예요. 자연계의 모든 물질과 반응이 에너지가 낮아지는 쪽으로 진행된다는 원리와도 궤를 같이합니다.

문제 22 · 객관식

다음 원소 중 전자를 잃고 비활성 기체와 같은 전자 배치를 이루기 가장 쉬운 것은?

• ① 질소 (15족)
• ② 산소 (16족)
• ③ 플루오린 (17족)
• ④ 나트륨 (1족)
• ⑤ 아르곤 (18족)

정답: ④

전자를 아주 쉽게 잃어버리는 쿨하고 대범한 성격을 가진 친구들은 바로 주기율표 왼쪽과 가운데에 위치한 금속 원소들이에요. 보기 중에서 1족 금속 원소인 나트륨(Na)은 가장 바깥 껍질에 단 1개의 전자만 가지고 있기 때문에, 이 1개를 재빨리 버리고 안쪽의 꽉 찬 8개 껍질을 드러내는 반응이 매우 쉽고 자연스럽게 일어난답니다!

문제 23 · 객관식

옥텟 규칙에 대한 설명으로 가장 적절하지 않은 것은?

• ① 원소가 가장 바깥 전자 껍질에 전자를 8개 채우려는 경향을 말한다.
• ② 18족 이외의 원소들은 전자를 잃거나 얻어 이 규칙을 만족시키려 한다.
• ③ 원소들이 화학 결합을 형성하는 핵심적인 원리가 된다.
• ④ 모든 원소가 예외 없이 가장 바깥 전자 껍질에 8개의 전자를 무조건 채운다.
• ⑤ 이를 만족하면 원소는 비활성 기체와 비슷한 안정한 전자 배치를 갖게 된다.

정답: ④

화학 규칙에는 늘 타당한 이유를 가진 귀여운 예외들이 있는 법이죠! 덩치가 아주 작은 수소나 리튬, 베릴륨 같은 원소들은 8개를 채우는 것이 공간적으로 불가능합니다. 이들은 방이 좁은 첫 번째 전자 껍질을 주로 사용하기 때문에, 헬륨처럼 전자를 딱 2개만 채워도 충분히 옥텟 규칙을 달성한 것과 같은 화학적 평화를 얻고 안정을 누린답니다.

문제 24 · 객관식

15족, 16족, 17족의 비금속 원소들이 안정한 전자 배치를 위해 주로 취하는 방식으로 가장 적절한 것은?

• ① 가장 바깥 껍질의 전자를 전부 잃어버려 양이온이 된다.
• ② 내부 껍질의 전자를 바깥으로 이동시켜 개수를 맞춘다.
• ③ 양성자를 방출하여 원자 번호 자체를 바꾼다.
• ④ 화학 반응을 전혀 하지 않고 홀로 존재한다.
• ⑤ 외부에서 전자를 얻거나 다른 원자와 전자를 공유한다.

정답: ⑤

비금속 친구들은 가장 바깥 껍질에 전자를 5, 6, 7개로 꽤 넉넉하게 가지고 있어요. 이것을 몽땅 다 버려서 양이온이 되는 것은 에너지가 너무 많이 소모되어 불가능에 가깝습니다. 그래서 차라리 모자란 1~3개의 전자를 외부에서 강력하게 끌어오거나, 다른 원자와 손잡고 사이좋게 전자를 겹쳐 쓰는(공유) 아주 똑똑하고 경제적인 방식을 취하게 됩니다.

문제 25 · 객관식

다음 중 안정한 전자 배치를 이루기 위해 잃거나 얻어야 하는 전자의 개수가 나머지 넷과 다른 하나는?

• ① 1족 금속 원소인 나트륨이 잃는 전자 수
• ② 17족 비금속 원소인 플루오린이 얻는 전자 수
• ③ 리튬 원자가 헬륨과 같은 배치를 갖기 위해 잃는 전자 수
• ④ 수소 원자가 헬륨과 같은 배치를 갖기 위해 얻거나 공유하는 전자 수
• ⑤ 16족 비금속 원소인 산소가 얻는 전자 수

정답: ⑤

각 원소들이 마법의 숫자를 맞추기 위해 잃거나 얻는 개수를 하나씩 꼼꼼히 세어볼까요? 나트륨(1개 잃음), 플루오린(1개 얻음), 리튬(1개 잃음), 수소(1개 얻음 또는 공유). 이 보기 1~4번은 모두 숫자 '1'과 밀접하게 관련되어 있지만, 산소는 원자가 전자가 6개이기 때문에 안정해지려면 전자를 무조건 '2개' 얻어야 한다는 점에서 뚜렷한 차이를 보입니다!