옥텟 규칙이란 무엇인가?

 

옥텟 규칙은 원소가 주기율표상 가장 가까이 위치한 비활성기체와 같은 전자배치, 즉 8개의 최외각전자를 가질 때 가장 안정한 성질을 가진다고 주장하는 화학적 이론입니다. 이번 글에서는 이러한 옥텟 규칙이 화학적으로 어떻게 작용하는지, 왜 이러한 규칙을 따르는지 알아보겠습니다.

 

옥텟 규칙

 

비활성 기체는 완전히 채워진 전자 껍질을 가지고 있어 화학적 반응성이 매우 낮고 안정적입니다. 비활성기체가 아닌 다른 원소들 또한 어떠한 결합 또는 화학반응을 통해 안정한 상태로 존재하려 합니다. 가장 간단한 예로, 할로겐 원소들은 7개의 최외각전자를 가지고 있고 1개의 전자를 추가한다면 비활성 기체와 같이 최외각 전자 껍질을 완전히 채울 수 있기 때문에 높은 화학적 반응성을 가지고 있습니다.

 

비활성기체

 

옥텟규칙의 예

 

조금 더 구체적으로 설명드리면, 염소(Cl)는 최외각 전자 껍질에 7개의 전자를 가지고 있습니다. 염소는 아르곤과 같이 완전히 채워진 최외각 전자껍질을 가지기 위해 다른 원소와 쉽게 화학적으로 결합을 형성합니다. 만약 염소가 화학적 반응을 통해 1개의 전자를 얻게 된다면 염소 원자 1몰당 +349 kJ의 에너지가 방출되며, 이 값을 전자친화도라고 부릅니다. 그러나 염소 원자에 두 번째 전자를 추가하려면 완전히 채워져 안정해진 전자 껍질을 오히려 더 불안정하게 만드는 상황이 되기 때문에 에너지를 방출하는 것이 아니라 추가적인 에너지가 필요하게 됩니다.

 

전자친화도(Electron Affinity)의 뜻과 개념

 

열역학적 관점에도 염소는 각 원자가 1개의 전자를 얻는 반응에 참여할 가능성이 가장 높습니다. 물론 다른 화학적 반응도 가능하지만 열역학적으로 덜 유리합니다. 즉, 옥텟 규칙은 원자 사이의 화학 결합이 얼마나 유리한지를 비정량적으로 나타낸 경험적인 규칙을 의미합니다. (경험적인 규칙이기 때문에 모든 물질이 옥텟 규칙에 의한 전자배치를 가지지 않습니다.)

 

옥텟 규칙을 따르는 이유

 

모든 원자는 항상 가장 안정적인 전자 배치를 추구하며 이를 만족시키기 위해 옥텟 규칙을 따릅니다. 만약 원자의 전자들이 옥텟 규칙을 따르게 된다면 원자의 최외각 전자 껍질에서 완전히 채워진 s-오비탈과 p-오비탈이 생성됩니다. 특히, 낮은 원자번호를 가지는 처음 20개의 원소들은 이러한 옥텟 규칙을 따를 가능성이 높습니다.

 

루이스 전자점식

 

루이스 전자점식은 원소 사이의 화학 결합에 참여하는 원자가 전자를 도식화하여 표현하는 방법입니다. 옥텟 규칙을 따른다면 각 원자 주위에 8개의 전자가 있어야하며 이 때 원자들 사이에서 공유 결합을 이루는 전자들은 전자는 두 번 계산됩니다. 다만 종종 루이스 점자점식으로 아무리 표현하여도 옥텟 규칙을 만족시키기 어려운 화합물들이 있습니다. 이러한 예외적인 물질들에 대해서는 아래의 포스팅에서 확인하실 수 있습니다.

 

원자가 결합을 형성하는 이유