옥텟 규칙

긴 의자에 여덟 자리가 있고, 그 줄이 꽉 차야 사람들이 더는 자리를 옮기지 않는다고 떠올려 볼게요. 원자도 이와 닮았어요. 원자의 가장 바깥쪽에는 전자가 앉는 자리가 있고, 그 자리가 여덟 개로 채워졌을 때 가장 얌전해져요.

네온이나 아르곤 같은 기체를 떠올려 보세요. 이 기체들은 다른 물질과 잘 어울리지 않아 좀처럼 반응하지 않아요. 바깥 자리 여덟 개가 이미 차 있어서 더 얻을 것도 내줄 것도 없기 때문이에요.

반대로 바깥 자리가 하나 비었거나 전자가 하나만 덩그러니 남은 원자는 안절부절못해요. 소금의 재료인 나트륨은 바깥 전자가 하나뿐이라 그 하나를 내주고 싶어 해요. 염소는 자리가 하나 비어 있어 그 하나를 받고 싶어 하죠.

둘이 만나면 모자란 쪽과 남는 쪽이 딱 맞아떨어져요. 어떤 원자끼리 어떤 짝으로 결합하는지 이렇게 어림해 볼 수 있어요.

여덟 자리를 채우는 길은 크게 두 가지예요. 하나는 전자를 아예 주고받는 방법이에요. 나트륨이 전자 하나를 염소에게 넘기면 나트륨의 맨 바깥 껍질은 비고, 이미 여덟 개가 차 있던 안쪽 껍질이 새 맨 바깥이 돼요. 염소는 빈자리 하나를 채워 바깥 전자가 여덟 개가 되고요.

전자를 넘긴 나트륨은 양의 전기를 띠고, 받은 염소는 음의 전기를 띠어요. 서로 다른 전기를 띤 둘은 자석처럼 달라붙어 소금 결정을 이뤄요. 이렇게 생긴 결합을 이온 결합이라고 불러요.

다른 하나는 전자를 함께 쓰는 방법이에요. 물 분자에서 산소와 수소는 전자 몇 개를 가운데 놓고 나눠 써요. 한 짝의 전자를 둘이 동시에 자기 것으로 세면 양쪽 모두 자리가 채워진 셈이 돼요.

이렇게 나눠 쓰는 결합은 공유 결합이라고 해요. 주고받든 나눠 쓰든 결과로 나타나는 모양은 비슷해요. 바깥 자리가 여덟 개로 맞춰진다는 점이에요.

조금 더 정확히 말하면 여덟이라는 숫자가 어디에나 통하지는 않아요. 수소와 헬륨은 바깥 자리가 애초에 두 개뿐이라, 두 개만 채워도 넉넉해요. 그래서 물속의 수소는 전자 두 개로 만족해요.

주기율표 가운데에 자리 잡은 금속들도 사정이 달라요. 전자가 들어갈 자리가 더 복잡해서 여덟이라는 숫자로 딱 떨어지지 않아요. 붕소처럼 여섯 개로 결합을 마치는 원자도 있고, 인이나 황처럼 여덟 개를 넘겨 쓰는 경우도 알려져 있어요.

그래서 옥텟 규칙은 자연이 지켜야 하는 법이라기보다 많은 경우에 잘 들어맞는 어림 규칙에 가까워요. 실제로 결합이 생기는 까닭은 원자들이 모였을 때 전체 에너지가 낮아지기 때문이고, 여덟 자리는 그 결과로 자주 나타나는 모양이에요. 실제로 전자는 정해진 좌석에 앉은 알갱이가 아니라, 원자핵 둘레에 구름처럼 퍼져 있어요.

좌석 여덟 개라는 그림은 결합의 개수를 세기 쉽게 만든 편리한 도구예요. 이 도구가 어디까지 잘 맞는지 알고 쓰면 화학이 훨씬 또렷하게 보여요.