전하를 띠는 입자
1. 전하를 띠는 이온
전하를 띠는 이온은 어떻게 만들어질까요?
원자를 구성하는 원자핵은 (+)전하를 띠고, 전자를 (-)전하를 띱니다. 한 원자에서 원자핵이 띠는 (+)전하의 총량과 전자가 띠는 (-)전하의 총량이 같으므로 원자는 전기적으로 중성입니다. 예를 들어 리튬원자는 원자핵이 띠는 전하의 총량이 +3이고, 전자가 띠는 전하의 총량은 -3이므로 전기적으로 중성입니다.
원자핵 주위에 있는 전자 중 일부는 다른 원자로 쉽게 이동할 수 있습니다. 전자의 이러한 성질 때문에 어떤 원자는 다른 원자에게 전자를 주기도 하고, 어떤 원자는 다른 원자에게서 전자를 받기도 합니다. 이때 원자가 전자를 잃으면 (+)전하를 띠고, 전자를 얻으면(-)전하를 띠게 됩니다. 이처럼 전하를 띠는 입자를 이온이라 하며, (+)전하를 띠는 입자를 양이온, (-)전하를 띠는 입자를 음이온이라고 합니다.
이온은 어떻게 나타낼까요?
이온도 원소 기호를 사용하여 나타냅니다. 이온을 표시할 때에는 원소 기호의 오른쪽 위에 이온이 띠고 있는 전하의 종류와 잃거나 얻은 전자 수를 함께 나타내는데, 이를 이온식이라고 합니다.
이온의 이름을 부를 때에는 양이온은 원소 이름 뒤에 이온을 붙이고, 음이온은 원소 이름 뒤에 화 이온을 붙입니다.
Na+ : 나트륨 이온
S- : 황화 이온
이온 중에는 한 개의 원자로 이루어진 것도 있지만, 암모늄 이온(NH4+), 황산 이온(SO4 2-)과 같이 여러 개의 원자가 모여서 이루어진 것도 있습니다.
이온이 전하를 띠는 것을 어떻게 확인할까요?
이온은 전하를 띠고 있으며, 대부분 물에 녹아 있습니다.
증류수에 간이 전기 전도계의 전극을 담그면 아무 변화가 없지만, 이온 음료에 간이 전기 전도계의 전극을 담그면 소리가 나고 불이 들어옵니다. 따라서 이온 음료는 전기가 통하는 것을 알 수 있습니다. 이러한 현상은 이온 음료에 전하를 띠는 이온이 들어 있기 때문에 나타납니다.
염화 나트륨은 물에 녹아 나트륨 이온과 염화 이온으로 나누어지지만 설탕은 물에 녹아도 이온으로 나누어지지 않습니다. 염화 나트륨 수용액과 설탕 수용액을 모형으로 나타낸 것입니다.
염화 나트륨 수용액은 이온이 들어 있어 전기가 통하지만, 설탕 수용액은 이온이 들어 있지 않아 전기가 통하지 않습니다. 이와 같이 이온이 들어 있는 수용액에 전기가 통하는 현상으로 이온이 전하를 띠고 있음을 확인할 수 있습니다.
바다에는 여러 가지 물질이 녹아 있어 다양한 이온이 존재합니다. 조개의 단단한 껍데기나 산호는 탄산 칼슘이 주성분입니다. 조개는 바닷물 속에 녹아 있는 탄산 이온을 몸속에 녹아 있는 칼슘 이온과 반응시켜 물에 녹지 않는 탄산 칼슘을 만듭니다. 산호도 조개처럼 탄산 칼슘을 만들어 신비로운 모양으로 자랍니다.
탄산 칼슘은 다양한 모습으로 우리 생활을 이롭게 하기도 하지만, 때로는 불편함을 주기도 합니다. 지하수를 보일러 용수로 오랫동안 사용하면 보일러 관의 내벽에 관석이 쌓여 열이 잘 전달되지 않고 심하면 관이 터질 수도 있습니다. 이 관석은 지하수에 들어 있는 칼슘 이온과 탄산 이온이 반응하여 생성된 탄산 칼슘입니다.
2. 이온을 확인하는 방법
이온이 있다는 것을 어떻게 알 수 있을까요?
이온이 들어 있는 두 수용액을 섞었을 때 양이온과 음이온이 반응하여 물에 녹지 않는 앙금이 생성될 때가 있습니다. 이처럼 앙금이 만들어지는 반응을 앙금 생성 반응이라고 합니다.
염화 나트륨 수용액과 질산 은 수용액을 섞으면 흰색 앙금이 생성됩니다. 이 앙금은 염화 나트륨 수용액에 들어 있는 염화 이온과 질산 은 질산 은 수용액에 들어 있는 은 이온이 반응하여 생성된 염화 은(AgCl)입니다.
납 이온이 들어 있는 수용액과 아이오딘화 이온이 들어 있는 수용액을 섞으면 노란색 앙금인 아이오딘화 납이 생성됩니다. 그리고 칼슘 이온이 들어 있는 수용액과 탄산 이온이 들어 있는 수용액을 섞으면 흰색 앙금인 탄산 칼슘이 생성됩니다. 이처럼 앙금을 생성하는 반응을 이용하면 수용액에 들어 있는 이온을 확인할 수 있습니다.
여기까지 전하를 띠는 입자에 대해서 알아보았습니다.
감사합니다