프랭클랜드의 '원자가 이론'이란?

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화학 결합에 대한 ‘프랭클랜드의 원자가 이론’

 

 

어떤 원소와 원소는 화학적으로 잘 결합하고, 어떤 원소는 결합이 어렵다. 예를 들어 산소(O)와 수소(H)는 쉽게 결합하여 물(H₂O)이 될 수 있고, 나트륨(Na)과 염소(Cl) 역시 잘 화합하여 소금(NaCl)이 되며, 산소와 탄소는 결합하여 이산화탄소(CO₂)가 된다. 그러나 어떤 원소들은 서로 결합하지 않거나 결합하기 매우 어렵다.

 

화학에서 어떤 경우에 원소들이 잘 결합하고 못하는지에 대한 연구는 19세기부터 매우 중요했다. 영국의 이름난 화학자 에드워드 프랭클랜드(Edward Frankland 1825-1899)는 1852년에 “화학 결합을 결정하는 것은 화학 결합 본드(chemical bond)이다.”라는 이론(Frankland's Theory of Valency)을 처음으로 발표했다. 본드(bond)는 '결속' '결합'이라는 의미를 가졌다. 당시만 해도 원자의 핵 구조라든가 전자에 대해 알지 못하고 있었다.

  

“한 원소가 다른 원소와 결합하여 화합물을 만드는 능력은 화학 결합 본드의 수에 의해 결정된다.”

  

프랭클랜드는 화학 본드 이론에서 valency(또는 valence)라는 용어를 처음 사용했는데, 우리말로는 '원자가'(原子價)라 부른다. 현대 화학에서 ‘원자가’ 개념은 화학(구조화학)의 기본이 된다. 프랭클랜드 이후 다른 과학자들도 화학 본드에 대한 여러 이론을 발표했다. 훗날 화학 결합 본드의 수가 핵 둘레를 도는 전자의 수에 따라 결정된다는 것을 알게 되면서, valency는 ’원자가 전자‘라는 용어로 불리게 되었다.

 

예를 들어 물을 이루는 수소는 핵 둘레에 전자를 1개 가지고 있는 화학 본드가 1인 원자이다. 산소는 원자 둘레에 8개의 전자를 가졌지만, 화학 본드는 2개여서, 원자가 전자가 2이다. 그리고 탄소 원자는 전자를 6개 가졌고, 화학 본드는 4(원자가 전자 4)이다. 그래서 물의 화학 구조는 H-O-H로 나타내고, 이산화탄소의 화학 구조는 O=C=O로 나타낸다. 대부분의 원소는 각기 고유의 원자가를 가졌지만, 철(Fe)의 경우에는 2 또는 3이다.

 

 

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