물질이 없으면 사람이 살 수 가 없습니다. 물질을 구성하는 기본입자, 원자라고 고등학교 수업을 들으셨다면 아실겁니다. 그 교과과정을 듣다보면 양이온과 음이온이 있는데 양이온 음이온 차이점은 무엇이라고 물어보면 모르는 사람들이 많습니다. 어느 한 분은 "음..양이니깐 전자가 많이 들어있고, 음이온은 적게 들어있는 게 아닌가?"라고 말하는 사람도 있습니다. 이번에는 양이온 음이온 차이에 대해 한번 정리해봤습니다. 참고로 주관적인 생각이 들어가 있으므로 100% 정확하진 않습니다. 다만 참고용으로 보시면 될 듯하네요.
a. 이온이란?
먼저 이온에 대해 알아봅시다. 이온 Ion이라고도 합니다. "전하를 띤 입자"라고 생각하시면 되는데 전자를 잃거나 얻거나 하여 전기를 띤 원자라고 부르기도 합니다.
음...대표적인 실험이라고 하면 염화나트륨[NaCl]의 앙금생성 실험이 있는데요. 필자가 기억하기론 질산은[AgNo3]인가? 그걸 염화나트륨에 한 방울 넣으면 염화은+나트륨이온+질산이온이 생성되어 흰색 물방울이 생기는걸 봤던 걸로 기억하네요. 머...하여튼 염화나트륨이라는 화합물이 서로 이온으로 떨어져나가 다른 물질과 결합하는 것을 육안으로 알 수 있는 방법이 앙금생성반응이라 실험을 이온이나 원자 실험에 앙금생성 실험을 많이하죠.
b. 양이온 음이온 차이는?
음 두 가지의 차이점은 국내 같은 경우 조금 딱딱하게 적혀있고, 서양은 원리를 그림이나 도구를 통해 간단하게 알려줍니다. 필자가 수업을 들을 때도 딱딱한 수업이라 과학이 그리 재밋진 않았습니다. 과학은 재밋어야되는건데….하여튼 간단한 예를 들면 아래와 같습니다. 나트륨[Na]를 예를 들어 보겠습니다. 나트륨의 양성자수[protons]는 11개입니다. 전자[Eletrons]도 11개입니다. 자..여기서...원자의 기본 내부 구조를 간단히 보면.,.
위와 같은 그림이 나옵니다. 가운데 파란색은 양성자[Protons]라고 보심되고 뒤에 붙여진 숫자는 전자[Electron]가 들어 갈 수 있는 숫자입니다.
일단 Na을 안쪽부터 전자를 채워보면 위와 같은 그림이 됩니다. 전자수가 11개니까 2+8+1=11개가 되죠. 아까 필자가 위에서 뒤에 붙어있는 숫자가 전자가 들어갈 수 있는 숫자라고 했습니다. 윗 그림의 1이라는 부분도 8개가 채워져야 안정적입니다. 하지만 지금은 1개이기 때문에 불안한[Unstable]상태입니다. 따라서 밖으로 떨어져 나가게 됩니다. 이유라면 2+8의 전자는 안정적인 반면 뒤의 한 개의 전자는 붙어있는 힘보다 떨어져나가기 쉽기 때문에 쉽게 떨어집니다. 자...여기서 양이온 음이온이 정해집니다. 정리하면
[Na] 양성자[11개] 전자[11개] =>이온화가 된 후 양성자[11개] 전자[10개]
위와 같이 됩니다. 양성자는 (+)라 보면 되고 전자는 (-)라고 보면 됩니다. 이온화가 된 후 어느 게 많습니까? 네, 양성자가 많지요? 그래서 양이온[positive ion]이라고 부르고 Na뒤에 +를 붙입니다. 즉, Na+가 되는 거죠.
같은 예로 산소가 있습니다. 산소는 양성자[8개] 전자[8개]입니다. 안전한 전자수는 2+8이 되어야 하는데 전자수가 총 8개니 첫번째 고리에 전자 2개가 채워지고 두번째 고리는 6개가 채워집니다. 2+8의 전자수가 안정적인데 전자 2개가 모자랍니다. 그래서 전자를 받아야 하는 입장에 처해집니다. 이를 정리하면...
[O] 양성자[8개] 전자[8]개 =>이온화된 후 양성자[8개] 전자[8개]+받은 전자[2개]
따라서 전자 2개를 얻어 10개가 되면 안정적인 상태가 됩니다. 그럼 총 합산하면 양성자[8개]와 전자[10개]중 어느 게 많나요? 네, 전자가 많죠? 이때는 음이온[negative ion]이라고 부르며 뒤에 -를 붙여 사용합니다. 두 개가 많으니 O 2-가 되는 거죠. 양이온 음이온 차이는 전자가 떨어져 나가거나 받아야되는[또는 받은상태] 상황을 놓고 말하는 의미인듯 하네요.
'전자가 떨어져 나간다','전자를 받아야 된다'라는걸 구분하는 방법은 딱히 없습니다. 다만 외각의 고리에 있는 전자가 얼마가 있고, 떨어져나가는게 쉬운가? 붙어있는게 쉬운가? 생각해보면 쉽게 알 수 있죠. 또한 원자이름 보다는 화합물을 생각해보면 양이온인지 음이온인지 쉽게 알 수 있습니다. 가령 염화나트륨을 보면 앞의 Na는 양이온이 될거고, 뒤에 Cl은 음이온이 됩니다. Na같은 경우는 위에서 얘기했으니 아실거고, Cl같은 경우 양성자수 17 전자 17개 이므로 2+8+8의 안정적인 구조에서 전자[Electron]가 1개 모자라므로[2+8+7개인 전자] 전자를 받는 입장이 되죠. 그래서 돌아다니는 전자 1개를 받아 안정한 상태가 되며 양성자수보다 전자수가 18개로 많기 때문에 음이온 Cl-가 됩니다. 이렇게 주기율 표를 보면서 원자마다 이온이 되는지 알아보는것도 하나의 재미겠죠?
참고로 외국에선 음이온을 Anion이라부르고 양이온을 Cation이라 부릅니다. 그리스어에서 유래되었으면 음이온은 영어로 up이라는 의미이고, 양이온은 Down이라는 의미 입니다. 위 아래..크고 적고..이런 의미로 보면 될 듯 싶네요. 또한 가령 염소의 전자수가 18개가 아니냐?고 생각하는 사람이 있는데 위에서 얘기했듯이 염소[Cl] 원자의 전자수는 17개이며 전자 한 개를 얻는 입장이 되므로 더해진 전자 1개를 포함해 염소이온[Cl-]의 전자수는 18개가 되는거랍니다. 다른 원소도 마찬가지입니다. 이온과 원소 구분과 개념이 있어야 혼동이 안갑니다. 양이온 음이온 차이에 대해서 알아봤습니다. 아래는 참고사이트입니다.
* 주기율표 : http://www.ptable.com/?lang=ko
* 양이온 음이온에 대한 설명 : https://www.youtube.com/watch?v=WWc3k2723IM
[참고로 영어를 알지 못해도 그림만 봐도 간단하게 알 수 있습니다.]