주기율표

원소 분류와 전통적인 금속과 비금속 사이의 구분선이 그려진 화학의 주기율표 모습. f-구역은 실제로는 2족과 3족 사이 안에 들어간다. 하지만 수평 공간을 절약하기 위해 보통 주기율표의 맨 아래에 표시된다.]] 주기율표 사이드바 **주기율표**(週期律表, periodic table) 또는 **원소 주기율표**는 화학 원소를 가로줄("주기")과 세로줄("족")로 정렬한 표이다.확인날짜 = 2025-08-28 화학의 상징이자 물리학 및 기타 과학 분야에서도 널리 사용된다. 주기율표는 화학 원소의 주기율을 보여주는 사례로, 원소를 원자 번호 순서로 배열하면 그들의 성질이 대략적으로 반복된다. 주기율표는 구역이라고 불리는 네 개의 대략 직사각형 영역으로 나뉜다. 같은 족에 속하는 원소는 비슷한 화학적 특성을 보인다. 주기율표의 특징으로 수직적, 수평적, 그리고 대각선에 따라서 비슷한 성질을 보이는 경향이 있다. 금속 특성은 족을 따라 아래로 갈수록, 그리고 주기를 따라 오른쪽에서 왼쪽으로 갈수록 증가한다. 비금속 특성은 주기율표의 왼쪽 아래에서 오른쪽 위로 갈수록 증가한다. 일반적으로 받아들여진 최초의 주기율표는 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 1869년에 만든 것으로, 멘델레예프는 원자 질량에 대한 화학적 특성의 주기성으로 주기율을 공식화했다. 당시 모든 원소가 알려져 있지 않았기 때문에 멘델레예프의 주기율표에는 빈칸이 있었고, 멘델레예프는 주기율을 이용하여 일부 미지 원소의 특성을 예측했다. 주기율은 19세기 후반에 근본적인 발견으로 인정받았다. 20세기 초반에 원자 번호와 관련된 선구적인 양자역학의 발견으로 화학의 주기율 특성을 설명할 수 있게 되었으며, 이 두 아이디어는 원자의 내부 구조를 밝히는 데 기여했다. 1945년 글렌 T. 시보그가 악티늄족이 실제로 d-구역이 아닌 f-구역 원소라는 것을 발견하면서 현대적인 형태의 주기율표가 완성되었다. 주기율표와 주기율은 이제 현대 화학의 핵심적이고 필수적인 부분이다. 주기율표는 과학의 발전에 따라 계속 진화하고 있다. 자연에는 원자 번호 94번까지의 원소까지만 존재한다.name="transuranium" 더 높은 원자 번호의 원소를 얻기 위해서는 실험실에서 새로운 원소를 합성해야 한다. 2010년 기준 처음 118개 원소가 알려져 주기율표의 첫 7개 줄을 완성했다.language=en-US 하지만 가장 무거운 원소의 특성이 그 위치와 일치하는지 확인하기 위한 화학적 특성화는 아직 연구가 더 필요하다. 새로운 원소가 발견된다면 주기율표를 이 일곱 줄을 넘어 확장할 수 있게 되지만 얼마나 더 많은 원소가 합성이 가능한지는 아직 알려지지 않았다. 게다가 이론적 계산에 따르면 이 미지의 영역은 지금까지 알려진 주기율표의 패턴을 따르지 않을 것이라고 한다. 현재는 주기율표에서 일부 원소의 위치가 정확한지 여부에 대한 과학적 논의가 계속 이루어지고 있다. 또한 주기율에는 많은 다른 표현이 존재하며, 주기율표의 최적 형태가 있는지에 대한 논의도 있다.
# 구조
주기율표 (18열, 중형) 수소형 원자 궤도의 확률 밀도와 그 위상을 표시한 3D 그림(g 궤도 및 그 이상은 표시되지 않음)]] 각 화학 원소는 원자핵에 있는 양성자 수를 나타내는 고유한 원자 번호(Z, 독일어로 "수"를 뜻하는 "Zahl"의 약자)를 가진다.중성자만으로 구성된 물질인 0족 원소가 일부 대체 주기율표에 포함되어 있다. 예를 들어 다음 웹사이트에서 확인할 수 있다. issn=1144-0546를 참고하라. 따라서 각기 다른 원자 번호는 화학 원소라고 불리는 특정 유형의 원자에 해당한다.file=C01022 주기율표가 분류하고 조직하는 것이 바로 이 화학 원소이다. 수소는 원자 번호 1인 원소이고, 헬륨은 원자 번호 2, 리튬은 원자 번호 3 등으로 매겨진다. 이러한 각 이름은 한두 글자의 원소 기호로 더 줄여 쓸 수 있으며, 수소, 헬륨, 리튬의 기호는 각각 H, He, Li이다. 중성자는 원자의 화학 정체성에 영향을 미치지 않지만, 그 무게에는 영향을 미친다. 양성자 수는 같지만 중성자 수가 다른 원자를 같은 화학 원소의 동위 원소라고 한다. 자연에 존재하는 원소는 보통 서로 다른 동위 원소의 혼합물로 존재한다. 각 동위 원소는 특정한 존재비를 가지므로, 자연에 있는 원소는 그 원소의 자연에 있는 모든 동위 원소 원자의 평균 질량으로 정의되는 잘 정의된 표준 원자량을 가진다.archive-url=https://web.archive.org/web/20200808155924/https://www.ciaaw.org/atomic-weights.htm 모든 원소는 같은 수의 양성자를 가지지만 서로 다른 수의 중성자를 가진 다양한 동위 원소를 가진다. 예를 들어 탄소는 세 가지 자연 발생 동위 원소를 가진다. 모든 탄소 원자는 여섯 개의 양성자를 가지고 있으며 대부분 여섯 개의 중성자도 가지지만, 약 1%는 일곱 개의 중성자를 가지고 있고, 매우 소량으로 여덟 개의 중성자를 가지는 동위 원소가 있다. 동위 원소는 주기율표에서 따로 분리해 표기하지 않는다. 항상 하나의 원소 아래에 함께 분류된다. 주기율표에 원자 질량을 표기할 땐 보통 자연에 존재하는 동위 원소의 가중 평균치를 사용한다. 그러나 자연에 상당한 양의 동위 원소가 존재하지 않는 경우, 가장 안정한 동위 원소의 질량을 종종 괄호 안에 표시한다.Greenwood & Earnshaw, pp. 24–27 표준 주기율표에서는 원소가 증가하는 원자 번호 순서로 나열되어 있다. 새로운 줄(주기)은 새로운 전자 껍질에 첫 번째 전자가 채워질 때 시작된다. 열(족)은 원자의 전자 배열에 따라 결정된다. 특정 부껍질에 같은 수의 전자를 가진 원소들은 같은 열에 속한다. 예를 들어 산소, 황, 셀레늄은 모두 가장 바깥쪽 p-부껍질에 네 개의 전자를 가지고 있기 때문에 같은 열에 속한다. 주기율표에서 비슷한 화학적 특성을 가진 원소는 일반적으로 같은 족에 속하지만, f-구역과 일부 d-구역에서는 같은 주기에 있는 원소들도 비슷한 특성을 보이는 경향이 있다. 따라서 어떤 원소의 화학적 특성을 그 주변 원소의 특성만 알면 비교적 쉽게 예측할 수 있다.Gray, p. 6 현재까지 118개의 원소가 알려져 있으며, 이 중 처음 94개는 현재 지구상에 자연적으로 존재한다고 알려져 있다.name=transuranium 나머지 24개, 아메리슘부터 오가네손(95~118)까지는 실험실에서 합성될 때만 생성된다. 94개의 자연 발생 원소 중 83개는 원시 원소이며, 11개는 원시 원소의 붕괴 과정에서만 발생한다. 후자 중 일부는 너무 희귀하여 자연에서 발견되지 않고 실험실에서 합성되었지만 나중에 자연에도 존재한다는 것이 밝혀졌다. 대표적으로 테크네튬(원자번호 43), 프로메튬(원자번호 61), 아스타틴(원자번호 85), 넵투늄(원자번호 93), 플루토늄(원자번호 94)이 있다. 아인슈타이늄(원자번호 99)보다 무거운 원소나 아스타틴은 순수한 형태로 거시적인 양으로 관찰된 적이 없으며, 프랑슘(원자번호 87)은 미시적인 양(30만 개의 원자)에서 방출된 빛의 형태로만 사진이 찍혔다.ref = CITEREFHaire2006 94개의 자연 원소 중 80개는 안정 동위 원소를 가지고 있으며, 1개(비스무트)는 거의 안정적인 동위 원소를 가지고 있다(반감기 2.01×1019년, 우주의 나이보다 10억 배 이상 길다).s2cid = 4415582bibcode=2002ADNDT..80...83T 두 개 (토륨과 우라늄)는 방사성 붕괴를 겪는 동위 원소를 가지며, 그 반감기는 지구의 나이와 비슷하다. 안정 원소와 비스무트, 토륨, 우라늄은 지구 형성 이후 살아남은 83개의 원시 원소를 구성한다.url-access=subscription 나머지 11개의 자연 원소는 빠르게 붕괴하지만 주로 토륨과 우라늄 붕괴의 중간 생성물로 끊임없이 재생성되어 자연상에서 미량으로 계속 존재한다.bibcode=2015NatCo...6.5956W 알려진 24개의 인공 원소는 모두 방사성이다.
## 족 이름과 번호
국제 명명 규칙에 따라 족은 가장 왼쪽 열(알칼리 금속)부터 가장 오른쪽 열(비활성 기체)까지 1부터 18까지 숫자로 매겨진다. f-구역 족은 이 번호 매김에서 빠진다.url-status=live 족은 첫 번째 원소의 이름을 따서 명명할 수도 있다. 예를 들어 3족은 "스칸듐족"으로 불린다. 이전에는 족이 로마 숫자로 알려져 있었다. 미국에서는 로마 숫자 뒤에 족이 s- 또는 p-구역에 있으면 "A"를, 족이 d-구역에 있으면 "B"를 붙였다. 사용된 로마 숫자는 오늘날의 명명 규칙의 마지막 자릿수와 일치한다(예: 4족 원소는 IVB족이었고, 14족 원소는 IVA족이었다). 유럽에서는 문자 표기가 비슷했지만, 1족부터 7족까지는 "A"를, 11족부터 17족까지는 "B"를 사용했다. 또한 8족, 9족, 10족은 예전에는 하나의 세 배 크기 족으로 취급되었으며, 두 표기법 모두에서 VIII족으로 통칭되었다. 1988년에 새로운 IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry) 명명 체계(1~18)가 사용되기 시작했으며, 이전의 족 이름(I~VIII)은 폐기되었다. 주기율표 (족 이름)
## 표시 형식

주기율표 (32열, 소형) 32열 주기율표 (18열, 소형) 18열

공간상의 이유로,s2cid=7071495 주기율표는 일반적으로 f-구역 원소들이 잘려져 본 표 아래에 별도의 부분으로 배치되어 표시된다. 이는 원소 열의 수를 32개에서 18개로 줄인다. 옆에 제시된 표는 주기율표를 표시하는 두 가지 방법이다. f-구역이 본체에 포함된 형태는 때때로 32열 또는 긴 형태라고 불린다. f-구역이 잘려진 형태는 18열 또는 중간 길이 형태라고 불린다. 32열 형태는 모든 원소를 올바른 순서로 보여주는 장점이 있지만, 더 많은 공간을 필요로 하는 단점이 있다.Scerri, p. 375 어떤 형태를 선택할지는 편집 상의 문제이며, 어떠한 과학적 주장이나 진술의 차이를 의미하지 않는다. 예를 들어, 3족의 구성을 논의할 때, 두 가지 형태 모두에서 선택 사항을 동등하게 (편견 없이) 보여줄 수 있다.archive-date=5 July 2016 일반적으로 주기율표에는 원소 기호가 표기된다. 또한 많은 주기율표에서 색상 코딩 또는 셀 내의 데이터 표기로 원소에 대한 추가 정보를 제공한다. 위 표는 원소의 이름과 원자 번호, 원소기 속한 구역, 자연에서 발견 가능 여부, 표준 원자량을 보여준다. 표준 원자량이 없는 짧은 수명의 원소의 경우, 가장 안정한 것으로 알려진 동위 원소의 질량수가 대신 사용된다. 그 외에도 물질의 상태, 끓는점과 녹는점, 밀도와 같은 특성뿐만 아니라 원소의 다양한 분류도 기록할 수 있다.예를 들어 Sigma-Aldrich에서 판매하는 주기율표 포스터를 참조하시오.
## 전자 배열
전자 배열 주기율표는 주기율을 그림으로 표현한 것이다. 주기율은 화학 원소의 성질과 원자 구조가 원자 번호의 주기함수로 반복된다는 뜻이다.access-date=29 March 2021 원소는 원자의 전자 배열에 따라 주기율표에 배치되며, 이러한 전자 배열의 주기적 반복은 주기율표 전반의 경향을 설명한다. 전자는 원자 궤도에 존재한다고 볼 수 있으며, 이는 원자 주변의 특정 영역에서 전자가 발견될 확률을 나타낸다. 전자의 에너지는 양자화되어 있는데 이는 에너지가 불연속적인 특정 값만을 가질 수 있다는 말이다. 또한 전자는 서로 다른 전자는 항상 다른 상태에 있어야 한다는 파울리 배타 원리를 따른다. 이를 통해 전자가 껍질이라고 알려진 다양한 에너지 준위에서 취할 수 있는 가능한 상태로 분류할 수 있다. 각 껍질은 개별의 부껍질로 나뉘고, 각 부껍질은 하나 이상의 궤도를 가지고 있다. 각 궤도는 최대 두 개의 전자를 가질 수 있다. 이는 스핀이라고 알려진 양으로 구별되며, 보통 "위" 또는 "아래"로 표시한다.Petrucci et al., p. 323엄밀히 말하면, 전자가 그 안에 반드시 있다는 것을 보장하는 궤도를 그릴 수는 없지만 예를 들어 90%의 확률로 전자가 그 안에 있다는 것을 보장하는 궤도를 그릴 수는 있다.Petrucci et al., p. 306 차가운 원자(바닥 상태에 있는 원자)에서는 전자가 사용 가능한 가장 낮은 에너지 궤도를 차지하여 총 에너지가 최소화되도록 배열된다.Petrucci et al., p. 322 오직 가장 바깥쪽 전자(소위 원자가 전자)만이 핵으로부터 벗어나 다른 원자와 화학 반응에 참여할 수 있을 만큼 충분한 에너지를 가진다. 나머지 전자는 내부 전자라고 불린다.page= {| class="wikitable" |ℓ = ! 0 ! 1 ! 2 ! 3 ! 4 ! 5 ! 6 ! rowspan=2 | 껍질 갯수 (2n2)url-status=live |- ! | 궤도 ! s ! p ! d ! f ! g ! h ! i |- ! n = 1 | bgcolor="s-block" | 1s | colspan=6 | | 2 |- ! n = 2 | bgcolor="s-block" | 2s | bgcolor="p-block" | 2p | colspan=5 | | 8 |- ! n = 3 | bgcolor="s-block" | 3s | bgcolor="p-block" | 3p | bgcolor="d-block" | 3d | colspan=4 | | 18 |- ! n = 4 | bgcolor="s-block" | 4s | bgcolor="p-block" | 4p | bgcolor="d-block" | 4d | bgcolor="f-block" | 4f | colspan=3 | | 32 |- ! n = 5 | bgcolor="s-block" | 5s | bgcolor="p-block" | 5p | bgcolor="d-block" | 5d | bgcolor="f-block" | 5f | bgcolor="g-block" | 5g | colspan=2 | | 50 |- ! n = 6 | bgcolor="s-block" | 6s | bgcolor="p-block" | 6p | bgcolor="d-block" | 6d | bgcolor="f-block" | 6f | bgcolor="g-block" | 6g | bgcolor="h-block" | 6h | | 72 |- ! n = 7 | bgcolor="s-block" | 7s | bgcolor="p-block" | 7p | bgcolor="d-block" | 7d | bgcolor="f-block" | 7f | bgcolor="g-block" | 7g | bgcolor="h-block" | 7h | bgcolor="i-block" | 7i | 98 |- ! 부껍질 갯수 (4ℓ+2) | 2 | 6 | 10 | 14 | 18 | 22 | 26 | |} 현재까지 알려진 원소는 최대 일곱 번째 껍질까지 채워진 상태로 존재한다. 첫 번째 껍질은 하나의 구형 s 궤도만 가지고 있다. 첫 번째 껍질에 있기 때문에 이를 1s 궤도라고 부른다. 이 궤도는 최대 두 개의 전자를 가질 수 있다. 두 번째 껍질도 마찬가지로 2s 궤도를 가지고 있으며, 세 개의 아령 모양 2p 궤도도 포함해 최대 여덟 개의 전자를 채울 수 있다 (2×1 + 2×3 = 8). 세 번째 껍질은 하나의 3s 궤도, 세 개의 3p 궤도, 다섯 개의 3d 궤도를 포함하여 2×1 + 2×3 + 2×5 = 18개의 전자를 가질 수 있다. 네 번째 껍질은 하나의 4s 궤도, 세 개의 4p 궤도, 다섯 개의 4d 궤도, 일곱 개의 4f 궤도를 포함하여 2×1 + 2×3 + 2×5 + 2×7 = 32개의 전자를 가질 수 있다. 더 높은 껍질은 패턴을 반복해 더 많은 유형의 궤도를 가지고 있지만, 그러한 유형의 궤도는 알려진 원소의 바닥 상태에서부터 채워지지 않는다. 부껍질 유형은 양자수로 특징을 집을 수 있다. 주양자수 n, 방위 양자수 ℓ (궤도 유형), 궤도 자기 양자수 mℓ, 스핀 자기 양자수 ms 이 4가지 숫자로 원자 궤도를 완전히 설명할 수 있다.
### 부껍질 채움 순서
마델룽 규칙에 따른 부껍질이 채워지는 이상적인 순서 부껍질이 채워지는 순서는 대부분의 경우 쌓음 원리를 따라간다. 이는 마델룽 규칙 또는 클레치콥스키 규칙(각각 에르빈 마델룽과 프세볼로트 클레치콥스키의 이름을 따서 명명됨)으로도 알려져 있다. 이 규칙은 마델룽이 처음 경험칙으로 주장했으며, 클레치콥스키와 이후 저자가 이론적으로 경험칙이 맞음을 증명했다.url=https://archive.org/details/trent_0116300649799/page/10name=lowdin 껍질은 에너지 범위가 서로 약간씩 겹치며, 쌓음 원리에 따르면 부껍질은 다음과 같이 채워진다.s2cid=15679915 :1s ≪ 2s 102) are teetering at the limits of mass and charge.class=physics.hist-ph 이 외에도 더 많은 분류가 존재하며 특정 분야에 따라 사용된다. 천체물리학에서 금속은 원자 번호가 2보다 큰 모든 원소, 즉 수소와 헬륨을 제외한 모든 것을 의미한다.url-status=live "반금속"이라는 용어는 화학에서와는 다른 물리적 정의를 갖는다. 비스무트는 물리적 정의에 따르면 반금속이지만, 화학자는 일반적으로 이를 금속으로 간주한다.pages=339–40 몇몇 용어는 널리 사용되지만, "중금속"과 같이 매우 형식적인 정의 없이 사용되며, 너무 광범위하게 정의되어 "실질적으로 무의미하다"는 비판을 받기도 했다.url-status=live 용어의 범위는 저자마다 크게 다르다. 예를 들어, IUPAC에 따르면 비활성 기체는 매우 방사성인 초악티늄족 원소인 오가네손을 포함하여 전체 족을 포함한다.url-status=live 그러나 초악티늄족 원소 전문가 사이에서는 흔히 그렇지 않다. 이 경우 "비활성 기체"는 일반적으로 이 족의 더 가벼운 원소들의 비반응적 행동을 의미하는 것으로 해석된다. 계산상 오가네손은 상대론적 효과로 인해 특별히 비활성적이지 않을 것으로 예측되며, 대량 생산될 경우 실온에서 기체가 아닐 수도 있기 때문에 이러한 맥락에서 그 비활성 기체로서의 지위는 종종 의문시된다.url-access=subscription 더욱이, 국가별 차이가 때때로 발견된다. 일본에서는 알칼리 토금속이 종종 베릴륨과 마그네슘을 포함하지 않는데, 이는 그들의 행동이 더 무거운 2족 금속과 다르기 때문이다.url-status=live
# 역사
주기율표의 역사
## 초기 역사
1817년, 독일 물리학자 요한 볼프강 되베라이너는 원소를 분류하려는 초기 시도로 원소를 공식화하기 시작했다.url-access=subscription 여기서 되베라이너는 스트론튬의 성질이 칼슘과 바륨의 중간이라는 것을 발견했다. 1829년 되베라이너는 일부 원소를 세 개씩 묶을 수 있으며, 각 묶음의 원소는 서로 비슷한 속성을 가진다는 것을 발견했다. 그는 이 묶음을 삼원소라고 불렀다.url-status=live 이 기사의 영어 번역은 다음을 참조하시오: Johann Wolfgang Döbereiner: "An Attempt to Group Elementary Substances according to Their Analogies" (Lemoyne College (Syracuse, New York, USA)) date=9 March 2019bibcode=2001esbt.book.....H 염소, 브로민, 아이오딘이 삼원소를 형성했으며, 칼슘, 스트론튬, 바륨도 그러했고, 리튬, 나트륨, 칼륨도 그러했으며, 황, 셀레늄, 텔루륨도 그러했다. 오늘날 이 모든 삼원소는 현대의 족(할로젠, 알칼리 토금속, 알칼리 금속, 칼코젠)의 일부를 이룬다.Scerri, p. 47 다양한 화학자가 그의 연구를 이어받아 더 많은 소규모 원소 무리 간의 관계를 확인할 수 있었다. 그러나 이 모든 것을 포함하는 하나의 체계를 구축하지는 못했다.page=100 alt=뉴랜즈의 원소 표. 존 뉴랜즈는 1863년 2월 《케미컬 뉴스》 지에 화학 원소의 주기성에 대한 논문을 발표했다.page=515 1864년 뉴랜즈는 《케미컬 뉴스》에 원소를 원자량 순서로 배열하면 연속적인 번호를 가진 원소가 종종 같은 족에 속하거나 다른 족에서 비슷한 위치를 차지한다는 사실을 보여주는 논문을 발표했다. 그는 주어진 원소부터 시작하여 여덟 번째 원소마다 음악의 8도처럼 첫 번째 원소의 일종의 반복이 나타난다고 지적했다(옥타브의 법칙). 그러나 뉴랜즈의 공식화는 주로 전형 원소에 대해서만 잘 작동했고, 다른 원소에 대해서는 심각한 문제가 발생했다. 독일 화학자 로타르 마이어는 비슷한 화학적 및 물리적 특성의 순서가 주기적인 간격으로 반복된다는 것을 주목했다. 그에 따르면, 원자량을 종축(즉, 수직)으로, 원자 부피를 횡축(즉, 수평)으로 정렬하면 그 선이 일련의 최대값과 최소값을 얻으며, 가장 전기 양성적인 원소는 원자량 순서대로 곡선의 정점에 나타날 것이다. 1864년에 그의 책이 출판되었는데, 이 책에는 28개의 원소를 포함하는 초기 주기율표가 있었고 원소를 원자가에 따라 6개의 계열로 분류했다. 이는 원소를 원자가에 따라 분류한 최초의 사례였다. 당시 원자량을 계산하고 구하는 작업은 부정확한 원자량 측정으로 인해 난관에 봉착했다.Meyer, Julius Lothar; Die modernen Theorien der Chemie (1864); table on page 137 date=2 January 2019 1868년에 그는 자신의 표를 수정했지만, 이 수정본은 그의 사후에 초고로만 출판되었다.Scerri, pp. 106–108
## 멘델레예프의 표
caption2 = 멘델레예프의 1871년 주기율표 결정적인 돌파구는 러시아 화학자 드미트리 멘델레예프가 이루어냈다. 마이어를 포함한 다른 화학자도 거의 동시에 주기율 체계의 다른 버전을 발견했지만, 멘델레예프는 자신의 체계를 개발하고 방어하는 데 가장 헌신적이었고, 그의 체계가 과학계에 가장 큰 영향을 미쳤다.Scerri, p. 113 1869년 2월 17일(그레고리력으로는 1869년 3월 1일), 멘델레예프는 원소를 배열하고 이를 원자량에 따라 비교하기 시작했다. 그는 몇몇 원소로 시작하여 하루 동안 그의 체계가 알려진 대부분의 원소를 포함할 정도로 확장되었다. 일관된 배열을 찾은 후, 멘델레예프의 인쇄된 표는 1869년 5월 러시아 화학 학회지에 실렸다.Scerri, pp. 117–123 원소들가 이 체계에 맞지 않는 것처럼 보일 때는 과감하게 원자가 또는 원자량이 잘못 측정되었거나, 중간에 아직 발견되지 않은 누락된 원소가 있다고 예측했다. 1871년 멘델레예프는 자신의 표의 업데이트된 형태를 포함하는 긴 논문을 발표했는데, 여기서 미지의 원소에 대한 예측을 명시적으로 밝혔다. 멘델레예프는 이 미지의 원소 중 세 가지 원소의 속성을 상세하게 예측했다. 이 원소는 각각 붕소, 알루미늄, 규소의 더 무거운 동족체가 될 것이므로, 그는 이들을 에카-붕소, 에카-알루미늄, 에카-규소("에카"는 산스크리트어로 "하나"를 의미함)라고 명명했다.archive-url=https://web.archive.org/web/20170813142644/https://www.knigafund.ru/books/56718/read#page3145 1875년, 프랑스 화학자 폴에밀 르콕 드 부아보드랑은 멘델레예프의 예측을 알지 못한 채 섬아연석 광물 샘플에서 새로운 원소를 발견하고 갈륨이라고 명명했다. 그는 이 원소를 분리하고 그 특성을 분석하기 시작했다. 드 부아보드랑의 논문을 읽은 멘델레예프는 갈륨이 자신이 예측한 에카-알루미늄이라고 주장하는 편지를 보냈다. 처음에는 드 부아보드랑이 회의적이었고 멘델레예프가 자신의 발견에 대한 공로를 가로채려 한다고 의심했지만, 나중에 멘델레예프가 옳았음을 인정했다.Scerri, p. 149 1879년, 스웨덴 화학자 라르스 프레드리크 닐손은 스칸듐이라고 명명한 새로운 원소를 발견했는데, 이는 에카-붕소로 밝혀졌다. 에카-규소는 1886년 독일 화학자 클레멘스 빙클러가 발견하여 저마늄이라고 명명했다. 갈륨, 스칸듐, 저마늄의 특성은 멘델레예프가 예측한 것과 일치했다.Scerri, p. 151–2 1889년 멘델레예프는 런던 왕립 학회에서 열린 패러데이 강연에서 "이들의 발견을 대영 화학 학회에 주기율의 정확성과 보편성을 확인하는 것으로 언급할 만큼 (내가) 오래 살 것이라고는 예상하지 못했다"고 언급했다.url-status=live 19세기 말에 멘델레예프가 예측하지 못했던 비활성 기체의 발견조차도 그의 체계에 여덟 번째 주족으로 깔끔하게 들어맞았다.Scerri, pp. 164–169 그럼에도 불구하고 멘델레예프는 알려진 란타넘족 원소를 그의 체계에 맞추는 데 어려움을 겪었다. 왜냐하면 이 원소는 다른 원소들처럼 원자가의 주기적 변화를 보이지 않았기 때문이다. 많은 연구 끝에 체코 화학자 보후슬라프 브라우너는 1902년에 란타넘족 원소를 모두 주기율표의 한 족에 함께 배치할 수 있다고 제안했다. 그는 이를 천문학적 유추로서 "소행성 가설"이라고 명명했다. 화성과 목성 사이에 단일 행성 대신 소행성대가 있는 것처럼, 이트륨 아래의 자리는 단일한 원소 대신 모든 란타넘족 원소로 채워져야 한다고 생각했다.
## 원자 번호
안토니우스 반 덴 브록의 주기율표 원자의 내부 구조가 탐구된 후, 네덜란드 아마추어 물리학자 안토니우스 반 덴 브록은 1913년에 원자핵의 전하가 주기율표에서 원소의 위치를 결정한다고 제안했다.archive-url=https://web.archive.org/web/20190716215907/https://pdfs.semanticscholar.org/afe4/8822cd0871e65dc5401166e7df68dc0ecb7f.pdfA. van den Broek, Physikalische Zeitschrift, 14, (1913), 32–41 뉴질랜드 물리학자 어니스트 러더포드는 이 원자핵 전하에 대해 "원자 번호"라는 용어를 만들었다.Scerri, p. 185 반 덴 브록의 출판된 논문에서 그는 원소가 전자 수에 따라 배열된 최초의 전자 주기율표를 그렸다.A. van den Broek, Die Radioelemente, das periodische System und die Konstitution der Atom, Physik. Zeitsch., 14, 32, (1913). 러더포드는 1914년 자신의 논문에서 보어가 반 덴 브록의 견해를 수용했음을 확인했다.E. Rutherford, Phil. Mag., 27, 488–499 (Mar. 1914). "This has led to an interesting suggestion by van Broek that the number of units of charge on the nucleus, and consequently the number of external electrons, may be equal to the number of the elements when arranged in order of increasing atomic weight. On this view, the nucleus charges of hydrogen, helium, and carbon are 1, 2, 6 respectively, and so on for the other elements, provided there is no gap due to a missing element. This view has been taken by Bohr in his theory of the constitution of simple atoms and molecules." 같은 해, 영국의 물리학자 헨리 모즐리는 엑스선분광학을 사용하여 반 덴 브록의 제안을 실험적으로 확인했다. 모즐리는 알루미늄부터 금까지 각 원소의 핵 전하 값을 결정했으며, 멘델레예프의 배열이 실제로 원소를 원자핵의 전하 순서로 연속적으로 배치된다는 것을 보여주었다.url=https://archive.org/details/periodickingdomj00atki/page/87 원자핵 전하는 양성자 수와 동일하며 각 원소의 원자 번호(Z) 값을 결정한다. 원자 번호를 사용하면 원소에 대한 명확한 정수 순서를 얻을 수 있다. 모즐리의 연구는 원자량과 화학적 특성 사이의 불일치, 즉 원자 번호는 증가하지만 원자량은 감소하는 텔루륨과 아이오딘과 같은 경우의 문제를 곧바로 해결했다. 모즐리는 곧 제1차 세계 대전에서 사망했지만, 스웨덴 물리학자 만네 시그반은 우라늄까지 그의 연구를 계속이어가 당시 알려진 가장 높은 원자 번호(92)를 가진 원소임을 입증했다.doi-access=free 모즐리와 시그반의 연구를 바탕으로 아직 발견되지 않은 원소의 원자 번호(43, 61, 72, 75, 85, 87)도 알려지게 되었다. (원소 75는 사실 1908년 일본 화학자 마사타카 오가와가 이미 발견하여 니포늄이라고 명명했지만, 그는 실수로 이 원소를 75번이 아닌 43번 원소라고 착각하여 그의 발견은 나중에야 학계에 인정되었다. 원소 75의 현재 인정되는 최초 발견은 1925년에 발터 노다크, 이다 타케, 오토 베르크가 독립적으로 재발견하여 현재 이름인 레늄을 부여했을 때 이루어졌다.)doi-access=free 원자 물리학의 도래는 동위 원소의 상황을 명확히 했다. 원시 방사성 원소인 토륨과 우라늄의 붕괴 사슬에서, 곧이어 원자량은 다르지만 화학적 특성은 정확히 같은 많은 새로운 원소들이 나타난다는 것이 분명해졌다. 1913년에 프레더릭 소디는 이러한 상황을 설명하기 위해 "동위 원소"라는 용어를 만들었고, 동위 원소를 단순히 같은 화학 원소의 다른 형태라고 생각했다. 이는 또한 텔루륨과 아이오딘과 같은 불일치를 명확히 했다. 텔루륨의 자연 동위 원소 구성은 아이오딘보다 무거운 동위 원소 쪽으로 치우쳐 있지만, 텔루륨은 원자 번호가 더 낮다.isbn=978-0-19-539131-2
## 전자 껍질
덴마크 물리학자 닐스 보어는 막스 플랑크의 양자화 개념을 원자에 적용했다. 이들은 전자의 에너지 준위가 양자화되어 있다고 결론내렸다. 즉 전자는 안정적인 에너지 상태가 띄엄띄엄 떨어진 이산적인 간격 사이세서만 움직일 수 있다. 보어는 1913년 내부 전자도 원소의 화학적 특성에 영향을 줄 것이라 추측하면서 전자 배열을 통해 원소의 주기성을 이해하려고 시도했다.아래 1913년 논문의 보어 표 참조.Helge Kragh, Aarhus, Lars Vegard, Atomic Structure, and the Periodic System, Bull. Hist. Chem., VOLUME 37, Number 1 (2012), p.43. 1913년 보어는 양자화된 원자에 기반한 최초의 전자 주기율표를 만들었다.Scerri, pp. 208–218 보어는 1913년에 자신의 전자 껍질을 "고리"(rings)라고 불렀다. 당시 그의 행성 모델에는 껍질 내 원자 궤도가 존재하지 않았다. 보어는 그의 유명한 1913년 논문 3부에서 껍질당 최대 전자가 8개라고 설명하며, "또한 우리는 n개의 전자로 이루어진 고리가 전하 ne를 가진 핵 주위를 하나의 고리에서 회전할 수 없다는 것을 알 수 있다. 단, n 이는 추가되는 전자가 동심원의 고리 또는 껍질에 들어가야 하며, 각 고리에는 ... 특정 수의 전자, 즉 우리의 경우 8개만 배열되어야 한다는 결론으로 이어진다. 하나의 고리 또는 껍질이 완성되는 즉시, 다음 원소에서는 새로운 고리를 채우면서 시작해야 한다. 가장 쉽게 접근할 수 있고 가장 바깥쪽에 위치한 전자의 수는 원소마다 다시 증가하므로, 각 새로운 껍질의 형성에서 화학적 주기성이 반복된다.W. Kossel, "Über Molekülbildung als Folge des Atom- baues", Ann. Phys., 1916, 49, 229–362 (237).Translated in Helge Kragh, Aarhus, Lars Vegard, Atomic Structure, and the Periodic System, Bull. Hist. Chem., VOLUME 37, Number 1 (2012), p.43.

1919년 논문에서 어빙 랭뮤어는 현재 우리가 전자 궤도라고 부르는 "세포"의 존재를 가정했는데, 각 세포는 최대 8개의 전자를 가질 수 있으며, 이들은 현재 우리가 껍질이라고 부르는 "같은 거리를 둔 층"에 배열되어 있다. 그는 첫 번째 껍질만 2개의 전자를 포함하다는 예외를 두었다.url-access=subscription 화학자 찰스 루젤리 베리는 1921년에 껍질에 8개와 18개의 전자가 안정적인 배열을 형성한다고 제안했다. 베리는 전이 원소의 전자 배열이 바깥 껍질의 원자가 전자에 달려 있다고 주장했다.url-access=subscription 그는 현재 전이 금속 또는 전이 원소로 알려진 원소들을 설명하기 위해 처음으로 전이(transition)라는 단어를 도입했다.url-status=live 보어의 이론은 72번 원소의 발견으로 입증되었다. 조르주 위르뱅은 이를 희토류 원소인 셀튬으로 발견했다고 주장했지만, 베리와 보어는 72번 원소가 희토류 원소가 될 수 없으며 지르코늄의 동족체여야 한다고 예측했다. 디르크 코스터와 게오르크 폰 헤베시는 지르코늄 광석에서 그 원소를 찾아냈고, 그들은 보어의 고향인 코펜하겐(라틴어로 하프니아(Hafnia))의 이름을 따서 하프늄이라고 명명했다.doi-access = freeurl-status = dead 위르뱅의 셀튬은 단순히 정제된 루테튬(원소 71)으로 밝혀졌다.access-date=8 February 2024 따라서 하프늄과 레늄이 마지막으로 발견된 안정 원소가 되었다. 보어의 이론을 받아 볼프강 파울리는 1923년 전자 배열 문제를 다루었다. 파울리는 보어의 체계를 4개의 양자수를 사용하도록 확장하고, 두 개의 전자가 같은 4개의 양자수를 가질 수 없다는 파울리 배타 원리를 공식화했다. 이는 주기율표에서 보이는 주기의 길이(2, 8, 18, 32)를 설명할 수 있는데 주기는 각 껍질이 차지할 수 있는 전자 수에 해당한다.Scerri, pp. 218–23 1925년에 프리드리히 훈트는 현대의 배열과 유사한 배열에 도달했다.archive-date=23 November 2018 이러한 발전 끝에 주기성은 원소의 원자가보다는 화학적으로 활성인 또는 원자가 전자의 수에 기반하는 것으로 전환되었다. 원소의 전자 배열을 설명하는 쌓음 원리는 1926년 에르빈 마델룽이 처음 경험적으로 관찰했지만,url-status=live 이를 처음 발표한 사람은 1930년 블라디미르 카라페토프였다.doi=10.1016/S0016-0032(30)91131-3s2cid=21629328 1961년, 프세볼로트 클레치콥스키는 토마스-페르미 모델에서 쌓음 원리의 첫 부분(궤도가 n + ℓ 증가 순서로 채워진다는 것)을 이론을 통해 도출했다.access-date=23 June 2022 완전한 규칙은 1971년 유리 N. 뎀코프와 발렌틴 N. 오스트로프스키가 비슷한 퍼텐셜을 통해 도출되었다.access-date=25 November 2022뎀코프와 오스트로프스키는 U_{1/2}(r) = -\frac{2v}{rR(r+R)^2} 퍼텐셜을 고려하는데, 여기서 R과 v는 상수인 매개변수이다. 이 퍼텐셜은 작은 r에 대해 쿨롱 퍼텐셜에 가까워진다. v가 조건 v=v_N=\frac{1}{4}R^2 N(N+1)를 만족할 때, 여기서 N=n+l이며, 이 퍼텐셜에 대한 슈뢰딩거 방정식의 영에너지 해는 게겐바우어 다항식으로 해석적으로 설명될 수 있다. v가 이 값을 통과할 때마다 N 값이 같은 모든 상태를 포함하는 다양체가 영에너지에서 발생하고 묶인 상태가 되면서 쌓음 원리에 따른 순서를 보여준다. 섭동 이론을 고려할 경우 더 작은 n을 가진 상태가 더 낮은 에너지를 가지며, s 궤도( l=0)는 그 에너지가 다음 n+l 그룹에 가까워진다는 것을 보여준다. 32열의 긴 형태가 처음 등장한 알프레트 베르너의 주기율표 (1905년) 양자 이론은 전이 금속과 란타넘족 원소가 주족 원소들 사이에 자신들만의 별개 집단을 형성함을 명확히 보였지만, 일부 화학자는 이미 그 전부터 별도로 표시하는 방식으로 전이 금속 계열을 보여주는 주기율표를 제안했다. 영국의 화학자 헨리 배싯은 1892년에, 덴마크의 화학자 율리우스 톰센은 1895년에, 스위스의 화학자 알프레트 베르너는 1905년에 이런 주기율표를 작성했다. 보어는 1922년 노벨 강연에서 톰센의 형태를 사용했으며, 베르너의 형태는 현대의 32열 형태와 매우 유사하다. 특히, 이는 브라우너의 소행성 가설을 대체했다.doi=10.1016/B978-0-444-53590-0.00001-7 란타넘족의 정확한 위치와 그에 따른 3족의 구성은 수십 년간 논란의 여지가 있었는데, 그들의 전자 배열이 처음에는 잘못 측정되었기 때문이다.Scerri, pp. 392−401 화학적 근거로 배싯, 베르너, 베리는 스칸듐과 이트륨을 란타넘이 아닌 루테튬과 함께 분류했다 (앞의 두 사람은 루테튬이 아직 발견되지 않았기 때문에 이트륨 아래에 빈 공간을 남겨두었다). 훈트는 1927년에 모든 란타넘족 원자가 주로 3가라는 이유로 [Xe]4f0−145d16s2의 배열을 가진다고 가정했다. 현대에서는 화학과 전자 배열 사이의 관계가 그보다 더 복잡하다는 것이 알려져 있다.예를 들어, 초기 악티늄족 원소는 악티늄부터 우라늄까지 높은 산화수를 가지는 경향에서 d-구역 전이 금속과 더 유사하게 행동한다. 비록 실제로는 악티늄과 토륨만이 기체 상태에서 d-구역과 유사한 배열을 가지지만, f-전자는 이미 전 악티늄족 원소에서 나타난다. 우라늄의 실제 배열인 [Rn]5f36d17s2는 사실 훈트가 란타넘족 원소에 대해 가정한 것과 유사하지만, 우라늄은 3가 상태를 선호하지 않고 4가 또는 6가 상태를 선호한다. 반면에 악티늄족에 대한 란타넘족과 유사한 배열은 플루토늄에서 시작되지만, 란타넘족과 유사한 행동으로 변화하는 모습은 퀴륨에서만 명확히 보인다. 우라늄과 퀴륨 사이의 원소는 전이 금속과 유사한 행동에서 란타넘족과 유사한 행동으로의 전이를 보인다. 따라서 화학적 행동과 전자 배열은 정확히 일치하지 않는다.isbn=978-0-444-87080-3 초기 분광학적 증거에선 이러한 배열을 확인하는 듯 보였고, 따라서 주기율표는 3족을 스칸듐, 이트륨, 란타넘, 악티늄으로 구성하고, 란타넘과 하프늄 사이에 14개의 f-원소를 넣어 d-구역을 분할하도록 구성되었다. 그러나 나중에 이것이 15개의 란타넘족 원소 중 4개(란타넘, 세륨, 가돌리늄, 루테튬)에만 해당되며, 다른 란타넘족 원자는 d-전자를 가지지 않는다는 것이 밝혀졌다. 특히 이터븀은 4f 껍질을 완성하며, 따라서 1948년 소련의 물리학자 레프 란다우와 예브게니 리프시츠는 루테튬이 f-구역 원소가 아닌 d-구역 원소로 간주되어야 맞는 배치라고 언급했다. 대량의 란타넘이 f-금속이라는 것은 곤도 준이 1963년에 저온 초전도 현상을 근거로 처음 제안했다.doi-access=free 이는 원소를 구역별로 분류하고 표에 배치할 때 화학적 환경에서 역할을 할 수 있는 원자의 낮은 에너지에서 들뜬상태를 살펴보는 것의 중요성을 명확히 했다. 많은 저자가 이후 물리적, 화학적, 전자적 관점에서 이 수정을 재발견하고 모든 관련 원소에 적용하여 3족에 스칸듐, 이트륨, 루테튬, 로렌슘을 포함하게 되었고 란타넘부터 이터븀까지, 그리고 악티늄부터 노벨륨까지를 f-구역 행으로 만들었다. 이 수정된 버전은 쌓음 원리와 일관성을 이루고 배싯, 베르너, 베리의 초기 화학적 배치를 입증한다. 1988년 IUPAC는 3족의 이러한 구성을 지지하는 보고서를 발표했고, 이 결정은 2021년에 재확인되었다.url-status=live 하지만 3족의 구성에 대한 변형은 여전히 교과서에서 찾아볼 수 있으며, 이 형태에 대한 일부 다른 주장은 오늘날에도 출판되고 있지만, 이 문제를 고려한 화학자와 물리학자는 대부분 3족에 스칸듐, 이트륨, 루테튬, 로렌슘이 포함된다는 데 동의하며 반대 주장을 일관성이 없다고 비판한다.
## 합성 원소
글렌 T. 시보그 1936년까지 수소에서 우라늄 사이 누락된 원소는 4개로 줄어들었다. 이 시점에서 43, 61, 85, 87번 원소가 여전히 누락되어 있었다. 43번 원소는 결국 자연에서 발견된 것이 아니라 핵 반응을 통해 인공적으로 합성된 최초의 원소로 기록되었다. 이 원소는 1937년 이탈리아 화학자 에밀리오 지노 세그레와 카를로 페리에가 발견했으며, 그들은 그리스어로 "인공적인"이라는 단어에서 이름을 따서 테크네튬이라고 명명했다.Scerri, pp. 313–321 61번 원소(프로메튬)와 85번 원소(아스타틴)도 마찬가지로 각각 1945년과 1940년에 인공적으로 생산되었다. 87번 원소(프랑슘)는 1939년 프랑스 화학자 마르게리트 페레가 자연에서 발견된 마지막 원소가 되었다.Scerri, pp. 322–340테크네튬, 프로메튬, 아스타틴, 넵투늄, 플루토늄은 결국 자연에서도 미량으로 존재한다는 것이 밝혀졌다. 원소 발견 연표를 참고하라. 우라늄을 초과하는 원소도 마찬가지로 인공적으로 발견되었는데, 에드윈 맥미런과 필립 아벨슨이 1940년에 넵투늄을 발견(우라늄에 중성자를 충격하여)하면서 시작되었다.Scerri, p. 354–6 글렌 T. 시보그와 그의 LBNL 팀은 1941년 플루토늄을 시작으로 초우라늄 원소를 계속해서 발견했으며, 이전의 생각과는 달리 악티늄 이후의 원소가 전이 금속이 아니라 란타넘족 원소의 동족체라는 것을 발견했다. 배싯(1892), 베르너(1905), 프랑스 엔지니어 샤를 자네트(1928)가 이전에 이를 주장했지만, 그들의 아이디어는 당시에는 학계에서 받아들여지지 않았다. 따라서 시보그는 이들을 악티늄족이라고 불렀다.url-status=live 101번 원소(멘델레븀, 멘델레예프를 기려 명명됨)까지의 원소는 1955년까지 중성자 또는 알파 입자 조사, 또는 99번(아인슈타이늄)과 100번(페르뮴)의 경우 핵폭발을 통해 합성되었다. 1960년대와 1970년대에 102번부터 106번 원소 사이에 대해 중대한 논쟁이 발생했는데, 앨버트 기오소가 이끄는 LBNL 팀과 게오르기 플료로프가 이끄는 소비에트 과학자 팀 간의 경쟁이 격화되었기 때문이었다. 각 팀은 서로 자신이 원소를 발견했다고 주장했으며, 일부의 경우 각자 원소에 대한 자체적인 이름을 제안하여 수십 년간 지속된 원소 명명 논란을 일으켰다. 이 원소는 악티늄족 원소에 가벼운 이온을 충돌시켜 만들어졌다.Scerri, pp. 356–9 IUPAC는 처음에는 합의가 이루어질지 기다리면서 방관적인 입장을 취했다. 그러나 냉전이 한창이던 시기였기 때문에 이것이 불가능하다는 것이 분명해졌다. 이에 따라 IUPAC와 IUPAP는 1985년에 트랜스페르뮴 연구단(TWG, 페르뮴은 100번 원소)을 구성하여 원소 발견 기준을 설정했고,doi-access=free 이는 1991년에 발표되었다.url-access=subscription 추가적인 논란 끝에 이 원소는 1997년에 최종적으로 이름이 정해졌다. 여기에는 시보그를 기리는 시보귬(106번)도 포함되었다.doi-access=free 유리 오가네샨 TWG의 기준은 LBNL과 JINR뿐만 아니라 이후 독일(GSI)과 일본(이화학연구소)의 연구 기관 사이 원소 발견 주장을 중재하는 데 사용되었다.doi-access=free 현재 원소 발견 주장 심사는 IUPAC/IUPAP 합동 실무단에서 수행한다. 우선권이 부여된다면 발견한 원소를 공식적으로 주기율표에 추가했고 발견자는 그 원소의 이름을 붙일 수 있는 자리에 초청받았다. 2016년까지 118번까지의 모든 원소에 대해 이러한 절차가 이루어졌으며, 이에 따라 주기율표의 첫 7개 줄이 완성되었다.url-status=livedoi-access=free 106번 이후 원소의 발견은 유리 오가네샨이 JINR에서 고안한 기술 덕분에 가능했다. 냉핵융합(납과 비스무트에 중이온을 충돌시킴)으로 1981년부터 2004년까지 GSI에서 107번부터 112번 원소, 이화학연구소에서 113번 원소가 발견되었고, 그는 1998년부터 2010년까지 고온 핵융합(악티늄족 원소에 칼슘 이온을 충돌시킴)을 사용하여 114번부터 118번 원소를 발견하는 JINR 팀을 이끌었다(미국 과학자들과 협력).Scerri, pp. 356–363url-status=live 가장 무거운 원소인 오가네손(118번)은 오가네샨의 이름을 따서 명명되었다. 114번 원소는 그의 전임자이자 스승인 플료로프를 기려 플레로븀으로 명명되었다. 주기율표 탄생 150주년을 기념하여, 유엔은 2019년을 국제 주기율표의 해로 선포하며 "과학에서 가장 중요한 성과 중 하나"를 기념했다.url-status=live TWG가 설정한 발견 기준은 1991년에는 예측하지 못했던 실험적, 이론적 진보에 대응하여 2020년에 업데이트되었다.doi-access=free 오늘날 주기율표는 화학에서 가장 뚜렷한 성과 중 하나이다. IUPAC는 새로운 원소의 인정 및 명명, 족 번호 및 집단 이름 추천, 원자량 업데이트 등 오늘날 주기율표와 관련된 많은 과정에 관여하고 있다.
# 7주기 너머로의 주기율표 확장
확장 주기율표 디랙-포크 계산을 사용하여 예측된 Z = 100부터 172까지의 원소들의 가장 바깥 전자들에 대한 에너지 고유값(eV 단위). − 및 + 부호는 [[스핀-궤도 상호작용으로 인해 방위 양자수가 감소하거나 증가한 궤도를 나타낸다. p−는 p1/2, p+는 p3/2, d−는 d3/2, d+는 d5/2, f−는 f5/2, f+는 f7/2, g−는 g7/2, g+는 g9/2이다. Z = 120까지의 에너지 준위 간격은 정상이며, Z = 157에서 다시 정상으로 돌아온다. 그 사이에서는 매우 다른 상황이 관찰된다.]] 가장 최근에 명명된 원소인 니호늄(113), 모스코븀(115), 테네신(117), 오가네손(118)의 발견으로 주기율표의 일곱 번째 줄이 완성되었다. 미래에 발견될 원소는 여덟 번째 줄을 채워야 한다. 이 원소는 원자 번호(예: "164번 원소")로 불리거나, 1978년에 채택된 IUPAC 체계적 원소 이름(예: 164번 원소의 경우 라틴어 unus "하나", 그리스어 hexa "여섯", 라틴어 quadra "넷" 및 금속 원소의 전통적인 -ium 접미사에서 파생된 "운헥스콰듐")으로 부를 수 있다. 지금까지 8주기 원소를 합성하려는 모든 시도는 실패했다. 119번 원소를 만들려는 시도는 2018년부터 일본의 이화학연구소에서 진행 중이다. 미국의 LBNL, 러시아의 JINR, 중국의 란저우시의 중이온연구시설(HIRFL)도 처음 몇 개의 8주기 원소를 합성하려는 자체적인 시도를 계획하고 있다.doi-access=freeurl-status=liveurl-status=liveaccess-date=20 October 2023quote=access-date= 8주기가 이전 주기와 동일한 패턴을 따른다면, 8s, 5g, 6f, 7d, 마지막으로 8p 부껍질을 채우는 50개의 원소가 포함될 것이다. 하지만 이 시점부터는 상대론적 효과 때문에 쌓음 원리에서 상당한 오차가 발생할 것이다. 8주기 원소의 배열과 주기율표에 결과를 표시하는 방법에 대해 다양한 모델이 제안되었다. 모든 모델은 8주기가 이전 주기와 마찬가지로 두 개의 8s 원소인 119번과 120번으로 시작해야 한다는 데에는 동의한다. 그러나 그 이후에는 5g, 6f, 7d, 8p 부껍질이 전부 엄청나게 에너지가 겹치기 때문에 거의 모든 부껍질이 함께 채워지기 시작하며, 특정 5g 및 6f 계열 전자 쌓음을 분리하는 방법이 명확하지 않다.url-status=livedoi-access=freejstor=3963006s2cid=117157377s2cid=31590563 따라서 121번부터 156번까지의 원소는 주기율표의 이전 부분에 있는 어떤 구역과도 화학적으로 잘 들어맞지 않지만, 형식적으로는 이들의 전자 배열을 반영하기 위해 5g, 6f, 기타 계열로 배치되기도 했다. 에릭 스체리는 이 영역에서 마델룽 규칙이 들어맞지 않는 것을 확장 주기율표가 고려해야 하는지, 아니면 그러한 예외를 무시해야 하는지에 대한 의문을 제기했다. 이 시점에서는 껍질 구조가 상당히 형식적일 수도 있다. 이미 오가네손 원자의 전자 분포는 뚜렷한 껍질 구조가 없이 상당히 균일할 것으로 예상된다.s2cid=3575243 157번부터 172번까지의 상황은 정상으로 돌아와 이전 주기와 더 유사할 것으로 예상된다. 무거운 p-껍질은 스핀-궤도 상호작용에 따라 분리된다. 하나의 p 궤도(p1/2)는 더 안정화되고, 다른 두 개(p3/2)는 불안정화된다.(이러한 양자수 변화는 모든 종류의 껍질에서 발생하지만, p-껍질의 경우 전자가 쌓이는 순서에 가장 큰 영향을 미친다.) 157번 원소에 이르면 총 4개의 전자를 가진 8s 및 8p1/2 껍질이 내부 껍질로 가라앉을 가능성이 높다. 내부 너머에는 비슷한 에너지의 7d와 9s 궤도가 뒤따르고, 그 다음 비슷한 에너지의 9p1/2와 8p3/2 궤도가 있으며, 그 다음에는 큰 간격이 있다.url-status=dead 따라서 9s와 9p1/2 궤도는 본질적으로 8s와 8p1/2 궤도를 대체하여, 157번부터 172번까지의 원소가 아마도 3족부터 18족까지와 화학적으로 유사하게 될 것이다. 예를 들어, 164번 원소는 일반적인 패턴에 따르면 납 아래 14족에 나타날 것이지만, 실제로는 10족의 팔라듐과 매우 유사할 것으로 계산된다.isbn=978-3-540-07109-9access-date=5 January 2024 따라서 118번 이후 다음 비활성 원소에 도달하려면 50개가 아닌 54개의 원소가 필요하다.isbn=978-0-19-965272-3 그러나 157번부터 172번까지의 원소의 화학적 특성에 대한 이러한 결론은 모델 간에 대체로 비슷한 결과가 나와 동의하지만, 주기율표가 화학적 유사성을 반영해야 하는지, 아니면 이전 주기와는 상당히 다를 것으로 예상되고 각 출처 간에 합의되지 않은 형식적인 전자 배열을 반영해야 하는지에 대한 의견 차이가 있다. 따라서 8주기의 형태에 대한 논의는 계속된다.access-date= 172번 원소 이후의 계산은 1s 전자 에너지 준위가 허수가 되면서 복잡해진다. 이러한 상황은 물리적 해석을 가지며 주기율표에 전자적 한계를 자체적으로 제시하지는 않지만, 이러한 상태를 다전자 계산에 통합하는 올바른 방법은 여전히 이 지점 이후의 주기율표 구조를 계산하기 위해 해결해야 할 미해결 문제이다.access-date= 핵의 안정성이 가능한 원소의 수를 제한하는 결정적인 요인이 될 것이다. 이는 양성자 사이의 전기적 반발력과 양성자 및 중성자를 함께 묶는 강한 핵력 사이의 균형에 달려 있다.url-status=live 양성자와 중성자는 전자와 마찬가지로 껍질에 배열되어 있으며, 닫힌 껍질은 안정성을 크게 늘릴 수 있다. 알려진 초중핵은 이러한 껍질 닫힘, 아마도 114~126번 원소 사이 양성자와 184번 원소의 중성자 근처에서 발생하기 때문에 존재한다. 이는 아마도 안정성의 섬이라고 예측되는 곳에 가까이 있을 것이며, 여기서 초중핵은 예상보다 더 오래 생존할 수 있다고 예상된다. 이 섬에서 가장 오래 지속되는 핵종에 대한 예측은 마이크로초에서 수백만 년에 이른다.url-status=livedoi-access=free 하지만 이러한 예측은 본질적으로 핵종 차트의 미지의 부분을 추정을 통해 외삽한 값이며, 체계적인 모델 불확실성을 고려해야 한다는 점에 유의해야 한다. 닫힌 껍질을 넘어서면 안정화 효과가 사라질 것으로 예상된다. 따라서 184개 이상의 중성자를 가진 초중핵종은 훨씬 짧은 수명을 가지며 10−15초 이내에 자발적으로 핵분열할 것으로 예상된다. 만약 그렇다면, 이를 화학 원소로 간주하는 것은 의미가 없을 것이다. IUPAC/IUPAP는 핵이 전자 구름을 모으는 데 필요한 시간인 10−14초보다 오래 생존할 때만 원소가 존재한다고 이론화하고 권고한다. 그럼에도 불구하고, 반감기에 대한 이론적 추정치는 모델에 매우 의존적이며, 여러 자릿수의 오차범위로 다양하게 나타난다. 양성자 사이의 극심한 반발은 기포, 고리, 토러스와 같은 특이한 핵 위상을 만들어 낼 것으로 예측된다. 이는 외삽을 더욱 복잡하게 만든다. 뚜렷한 핵 껍질의 예상되는 흐려짐(오가네손의 전자 껍질에서도 이미 예상됨) 때문에 더 바깥쪽 껍질 닫힘이 존재하는지는 불분명하다.bibcode=2015NuPhA.944..551S 또한, 나중에 껍질 닫힘이 존재하더라도 그러한 무거운 원소가 존재할 수 있게 할지는 불분명하다.url-status=lives2cid=203848120Scerri, p. 386archive-date=30 November 2010 따라서 주기율표는 120번 원소 근처에서 실질적으로 끝날 수도 있다. 원소의 수명이 너무 짧아 관찰할 수 없게 되고, 화학적 특성을 가질 수 없을 정도로 수명이 짧아지기 때문이다. 새로운 원소를 발견하는 시대는 따라서 거의 끝나가고 있을 것이다.doi-access=free 126번을 넘어 또 다른 양성자 껍질 닫힘이 존재한다면, 이는 아마도 164번 근처에서 발생할 것이다. 따라서 주기성이 붕괴되는 영역은 대략적으로 껍질 닫힘 사이의 불안정 영역과 일치한다. 또는 핵이 양성자와 중성자로 결합하는 대신 자유롭게 흐르는 위 쿼크와 아래 쿼크로 구성될 때, 쿼크 물질이 높은 질량수에서 안정해질 수 있다. 이는 안정성의 섬 대신 안정성의 대륙을 만들 것이다.s2cid=49216916s2cid=210157134 다른 효과도 작용할 수 있다. 예를 들어, 매우 무거운 원소에서는 1s 전자가 핵에 너무 가까이 머무르면서 실제로 핵 내부에 있는 시간이 상당할 것으로 예상되는데, 이는 전자 포획에 취약하게 만들 것이다.doi-access=free 여덟 번째 줄 원소가 존재할 수 있다고 하더라도 이를 생성하는 것은 어려울 가능성이 높고, 원자 번호가 증가함에 따라 더욱 어려워질 것이다.url-status=live 8s 원소인 119번과 120번은 현재의 수단으로 합성 가능할 것으로 예상되지만, 그 이후의 원소는 새로운 기술을 필요로 할 것으로 예상된다.url-status=live 만약 생산될 수 있다면 말이다.url-status=live 이 원소를 화학적으로 특성화하는 것도 큰 도전이 될 것이다.
# 대안 주기율표
대안 주기율표 오토 테오도어 벤페이의 나선형 주기율표 (1964년) 주기율은 여러 가지 방식으로 표현될 수 있으며, 표준 주기율표는 그 중 하나일 뿐이다.Scerri, p. 20 1869년 멘델레예프 표가 등장한 지 100년 안에 에드워드 G. 마주르스는 약 700개의 다른 모양의 출판된 주기율표를 수집했다.doi=10.1016/0898-1221(86)90167-7url-status=live 전체 찾기 도구로 이동하려면 'Finding Aid'를 클릭하시오. 많은 형태가 직사각형 구조를 유지하는데, 여기에는 샤를 자네트의 왼쪽 계단 주기율표(아래 그림)와 러시아에서 여전히 흔히 사용되는 멘델레예프의 원래 8열 배열의 현대화된 형태가 포함된다. 기타 다른 주기율표 형식으로 나선형(오토 테오도어 벤페이의 그림이 오른쪽에 있음), 원형, 삼각형과 같이 훨씬 더 특이한 형태로 만들어진 주기율표도 있다.archive-date=25 October 2012 대안 주기율표는 전통적인 주기율표에서는 덜 명확한 원소의 화학적 또는 물리적 특성을 강조하거나 부각시키기 위해 개발되는 경우가 많으며, 어떤 표는 화학을, 어떤 표는 물리학을 더 강조하는 경향이 있다.Scerri, pp. 402–3 가장 일반적인 형태인 표준형은 두 분야의 중간쯤에 위치한다. 주기율표의 다양한 형태는 주기율표의 최적 또는 최종 형태가 있는지, 있다면 무엇인지에 대한 질문을 제기했다. 이 두 질문에 대한 현재 합의된 답은 없다.url-status=live 자네트의 왼쪽 계단형 주기율표는 최적 또는 가장 근본적인 형태가 될 수 있는 후보로 점점 더 논의되고 있다. 스체리는 이 표가 헬륨의 s-구역 원소로서의 본질을 명확히 하고, 모든 주기의 길이가 동일하게 반복되어 규칙성을 높이며, 각 주기를 하나의 n + ℓ 값에 대응시킴으로써 마델룽 규칙을 충실히 따르고,s2cid=254503469 원자 번호의 3원소와 첫 줄 이상 현상 추세를 규칙화하기 때문에 이를 지지한다. 그는 헬륨을 알칼리 토금속 위에 배치하는 것이 화학적 관점에서 단점으로 보일 수 있다는 점을 지적하면서도, 첫 줄 이상 현상에 호소하여 주기율표가 "근본적으로 양자역학으로 귀결"되며, "추상 원소"에 관한 것이므로 거시적 특성보다는 원자 특성에 관한 것이라고 반박한다.s2cid=245540088 right 주기율표 (왼쪽 계단)
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참고 자료 시작 * isbn=978-84-8321-908-9 * author-link=존 엠즐리 * isbn=978-0-19-938334-4 * author-link=존 엠즐리 * year=2004 * year=2006 * url-status=live * year=2018 * isbn=978-0-444-40776-4 * year=1971 참고 자료 끝