옥텟규칙과 사상체질규칙

[변강쇠]

옥텟규칙과 사상체질규칙

수소는 단독적으로 존재하기보다는 거의 대부분의 경우 화합물을 만듭니다. 따라서 수소는 H가 아니라 H-H (H2) 형태로 보통 존재하며, 또는 다른 원소들과 결합하여 다양한 수소화물(hydride)을 만듭니다.

수소는 상대원소의 성질(전하적성질)에 따라 양(+) 또는 음(-)의 1가로 결합하고, 간혹 원자가(옥텟규칙)를 따르지 않는 결합을 하기도 합니다.

수소는 양성자(+)와 전자(-)가 전하적 균형을 이루고 있으므로, 스핀양자수는 양(+)과 음(-) 즉, +1/2와 -1/2 상태가 존재합니다. 물론 양성자와 전자도 각각 +1/2와 -1/2의 스핀양자수가 존재하는데, 이것은 결국 음(-)과 양(+)은 어떠한 형태로든 공존한다는 것입니다.

수소는 전자가 하나이므로 전자를 하나 잃어 1+ 양이온이 되기 쉽습니다. 이것은 불안정한 상태이므로 음(-)과 양(+)의 공존과 균형을 위해 수소와 수소가 H-H로 결합하게 됩니다. 이렇게 되면 한쪽 수소는 양(+) 다른 한쪽은 음(-)이 되어(상쇄) 서로 음(-)과 양(+)의 공존을 이루게 될 수 있습니다. 물론 H-H 결합은 비극성결합입니다. 하지만 H-H 가 음(-)과 양(+)의 교차 진동(원자진동)을 하기 때문에 극성이지만 또한 비극성결합이 가능하게 됩니다. 그렇지않다면 굳이 수소가 H-H 형태를 꼭 이루려할 이유도 없습니다. 즉, 음(-)과 양(+)의 이중성의 상보적 균형을 이루는 것입니다. 사실 모든 원소의 결합에는 이러한 원리가 담겨 있습니다. ​

수소가 H-H 결합하는 이유는 음(-)과 양(+)의 균형이 아니라, 1주기원소는 헬륨처럼 최외곽전자가 2개가 되면 안정해지기 때문아닌가?

같은 결과를 놓고 해석하기 나름인데, 헬륨 역시 안정한 이유는 최외곽전자 2개가 음(-)과 양(+)의 균형을 이루기 때문입니다. 따라서 헬륨과 같은 옥텟규칙을 만족한 원소들은 전자가 다 채워져서 전기음성도가 최대가 되는 것이 아니라 음(-)과 양(+)의 공존(상쇄)로 인해 전기음성도가 0이 되버립니다. 이것이 18족원소들이 안정한 이유입니다.

옥텟규칙(octet rule)은 모든 원소는 최외곽전자(원자가전자수)의 수가 8개(1주기 2개)일때 가장 안정하다는 규칙입니다. 따라서 원소들은 전자가 1개일때는 전자를 1개 잃어서 최외곽전자수를 8개(1주기 2개)를 맞추려고 합니다. 이렇게 옥텟규칙을 위해서는 원소들은 양이온(+) 또는 음이온(-) 상태가 되거나, 이를 통해 각각 원자결합하는 것입니다. 양이온(+)들끼리 혹은 음이온(-)들끼리 전자를 8개 공유하는 것을 보통 공유결합, 양이온(+)과 음이온(-)이 전자를 8개 공유하는 것을 보통 이온결합이라고 합니다.

수소화물은 ​수소가 서로 또는 다른 원소들과 결합하는 것인데, 사실 다른 결합과는 다른 좀 특이한 결합입니다. 왜냐하면 다른 원소들은 서로 결합하여 최외곽전자수를 8개로 만들려고 하는데, 수소화물의 수소결합은 꼭 그렇지않기 때문입니다.

그렇다고해서 수소화물(수소화합물)이 옥텟규칙을 어긴다고 할 수도 없습니다. 왜냐하면 수소는 양(+)과 음(-)의 성질을 동시에 갖음으로서 +결합과 -결합이 가능하다는 것을 알 수 있습니다. 따라서 수소는 양성(+)원소에는 양(+)으로 결합하고, 음성(-)원소에는 음(-)으로 결합하면 양성원소의 전자(-)는 수소의 양(+)과 만나 0으로 상쇄되고(1주기는 전자 2개가 안정한 듀엣규칙을 따름, 하지만 3주기부터는 옥텟규칙이 적용됨), 음성원소의 전자(-)는 수소의 음(-)과 만나 8개로 채워질 수 있어 결국 옥텟규칙을 따를 수 있다는 개념입니다. 다양한 수소화물이 수소(H)와 결합하고 있는 것을 옥텟규칙과 비교하면 이와같은 결론이 나옵니다.​ 그렇지않고서는 원소들이 굳이 수소와 결합할 이유가 없습니다.

수소의 이러한 특이한 특성 때문인지 덕분인지, 수소는 1족원소이면서 유일한 비금속원소​이고, 수소는 1족이면서 동시에 1족이 아니라는 논란이 있습니다.

원소들이 옥텟규칙을 따른다면 그것은 사상(四象)과 팔상(八象) 체질을 따르는 것과 다름없습니다. 즉, 음(陰,-)과 양(陽,+)은 음양허실(陰陽虛實)에 따라 이를 체질로 구분한다는 사상체질(四象體質)의 원리입니다.

옥텟규칙을 빼놓고 화학을 설명하는 것은 상상할 수도 없을만큼 화학에서 중요한 규칙입니다. 하지만 사상체질은 옥텟규칙과 유사하지만 그 범위는 옥텟규칙은 상상할 수도 없을만큼 광대합니다.​

<그림출처 : http://www.meta-synthesis.com/webbook/02_mge/hydrides.html

http://www.meta-synthesis.com/webbook/30_timeline/lewis_theory.php>