화학1. 비활성 기체의 반응성

18족 원소들은 반응성이 없어 비활성 기체로 명명된다. 그러나 XeF3, KrF2와 같은 화합물을 이룬다는 것이 밝혀져, 비활성기체도 반응성을 가진다는 사실이 알려졌는데 그 이유는 무엇일까?

 

 

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1.01. 비활성기체

주기율표에 나오는 대부분의 원소들은 다른 원소들과 어울려 안정한 분자를 만들지만 유독 혼자 지내기 좋아하는 원소들이 있다. 바로 헬륨(He), 네온(Ne), 아르곤(Ar), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 라돈(Rn)이다. 이 원소들은 주기율표에서 18족에 속해 있다. 화학자들은 이 원소들의 최외각 전자껍질은 전자로 꽉 차있기 때문에 다른 족 원소들과 화학반응을 하지 않는다고 믿어 왔다. 실제로 18족 원소들은 분자가 아닌 단원자 형태로 자연계에 존재하므로 화학자들은 '비활성 기체'라고 불렀다. 

 

 

1.02. 제논과 크립톤

1933년, 노벨화학상 수상자인 라이너스 폴링은 이론적으로 제논과 크립톤을 포함된 분자가 안정적으로 존재할 수 있다는 이론 연구 결과를 발표했다. 이 발표 이후 많은 실험 과학자들이 제논과 크립톤이 포함된 분자를 합성하고자 부단한 노력을 기울였다. 마침내 1961년 니일 바트렛이 최초로 제논을 포함한 화합물을 합성했다. 이 일이 도화선이 되어 1963년에는 크립톤을 포함한 분자들을 포함한 다양한 분자들이 많은 실험 과학자들에 의해 합성되었다.

 

 

1.03. 헬륨, 네온, 아르곤

2000년 미국화학회지에서 싱가폴 국립대학의 옹 교수는 헬륨, 네온, 아르곤을 포함한 HHeF, HNeF, HArF 화합물이 이론적으로 존재할 수 있다는 연구 결과를 발표했다. 일반적으로 1차 이온화 에너지가 낮은 크립톤, 제논은 상온에서도 안정한 화합물이 만들어지지만 헬륨과 네온의 경우는 1차 이온화에너지 높아 화합물을 만드는 것이 어렵다고 여겨져 왔었다. 그러나 옹 교수의 이론 연구 결과는 HHeF가 HNeF 화합물보다 오히려 더 안정하다고 예측했다. 이 논문이 발표된 후 얼마 뒤인 2000년 8월. 네이처지에는 아르곤으로 화합물을 만들었다는 연구결과가 실렸다. 크리아크트체프 박사는 비록 낮은 온도에서만 존재하지만 분명 HArF 화합물이 중성으로 존재함을 보여주었다.

 

 

Reference

• 네이처, 2000년도 406호 836-837, 874 페이지.
• 뉴욕타임즈, 2000년 8월 24일자.
• 미국화학회지, 2000년 122호, 6289-6290 페이지.