중2 과학/이온의 생성/이온의 종류/화학식 쓰는 방법/앙금생성/앙금의 종류

우리가 먹는 달걀, 시금치, 간 등에는 철 성분이 많이 포함되어 있는데, 이러한 음식 속의 철 성분은 철 원자와 다른 형태로 존재한다. 원자핵 주위에 있는 전자 중에는 다른 원자로 쉽게 이동할 수 있는 것이 있다. 전자의 이러한 성질 때문에 어떤 원자는 전자를 다른 원자에게 주기도 하고, 어떤 원자는 다른 원자로부터 전자를 받기도 한다.

원자는 원자핵의 (+)전하량과 전자의 (-)전하량이 같으므로 전기적으로 중성이다. 이때 원자가 전자를 잃으면 (+)전하를 띠고, 전자를 얻으면 (-)전하를 띤다. 이렇게 전하를 띤 입자를 이온이라 하며, (+)전하를 띤 입자를 양이온, (-)전하를 띤 입자를 음이온이라고 한다.

 

이온은 원소 기호를 사용하여 나타낸다. 이온을 표시할 때는 원소 기호의 오른쪽 위에 이온이 띠고 있는 전하의 종류와 잃거나 얻은 전자 수를 함께 나타낸다. 예를 들어, 원자가 전자를 1개 잃으면+, 전자를 2개 잃으면 2+로 나타낸다. 반대로 원자가 전자를 1개 얻으면 -, 전자를 2개 얻으면 2-로 나타낸다. 이온의 이름을 부를 때는 양이온의 경우 원소 이름 뒤에‘이온’을 붙여 부르고, 음이온의 경우 보통 원소 이름 뒤에‘-화 이온’을 붙여 부른다.

이온 중에는 수소 이온(H+), 염화 이온(Cl-)과 같이 1개의 원자로 이루어진 것도 있고, 암모늄 이온(NH4+), 황산 이온(SO42-)과 같이 여러 개의 원자가 모여서 이루어진 것도 있다. 다음 표는 여러 가지 양이온과 음이온을 나타낸 것이다.

양이온		음이온
이름	이온의 표시	이름	이온의 표시
수소 이온	H+	염화 이온	Cl-
리튬 이온	Li+	산화 이온	O2-
나트륨 이온	Na+	황화 이온	S2-
칼륨 이온	K+	수산화 이온	OH-
칼슘 이온	Ca2+	질산 이온	NO3-
마그네슘 이온	Mg2+	탄산 이온	CO32-
암모늄 이온	NH4+	황산 이온	SO42-

이온이 들어 있는 용액에 전극을 넣고 전선으로 전구와 전지를 연결하면 전구에 불이 켜지므로 전류가 흐름을 알 수 있다. 이러한 현상은 이온이 전하를 띠고 있기 때문에 나타난다.

이온이 들어 있는 용액에 전원 장치를 연결하면 (+)전하를 띠는 양이온은 (-)극 쪽으로, (-)전하를 띠는 음이온은 (+)극 쪽으로 이동하여 전류가 흐른다. 이온은 전하를 띠므로 양이온과 음이온 사이에는 전기적 인력이 작용한다. 양이온과 음이온은 서로 결합하여 화합물을 생성할 수 있으며, 이렇게 생성된 화합물은 전기적으로 중성이다. 화합물도 원소 기호를 사용하여 나타내면 편리하다. 물질을 이루는 원자의 종류와 수를 원소 기호로 나타낸 식을 화학식이라고 한다. 이온의 결합으로 생성된 화합물의 화학식은 다음과 같은 방법으로 나타낸다.

❶ 양이온을 먼저 쓰고, 그 뒤에 음이온을 쓴다.

❷ 결합하는 양이온과 음이온의 개수비를 구한다.

(양이온 전하) x (양이온 수)+(음이온 전하) x (음이온 수)= 0

❸ 각 이온의 개수비를 원소 기호의 오른쪽 아래에 작은 숫자로 표시한다.(단, 1은 생략한다.)

염화 나트륨(NaCl) 수용액에는 나트륨 이온(Na+)과 염화 이온(Cl—)이 들어 있고 질산 은(AgNO3) 수용액에는 은 이온(Ag+)과 질산 이온(NO3-)이 들어 있는데, 이 이온들은 눈으로 확인할 수 없다. 두 수용액을 섞으면 이온이 반응하여 물에 녹지 않는 앙금이 생성되는 경우가 있다. 이와 같은 원리를 이용하면 수용액에 들어 있는 이온을 확인할 수있다. 염화 나트륨 수용액과 질산 은 수용액을 섞으면 염화 나트륨 수용액에 들어 있는 염화 이온(Cl-)과 질산 은 수용액에 들어 있는 은 이온(Ag⁺)이 반응하여 흰색의 염화 은(AgCl) 앙금을 생성한다. 이때 나트륨 이온(Na⁺)과 질산 이온(NO3-)은 반응하지 않고 용액 속에 이온으로 남아 있다.

인체에 해로운 납 이온(Pb2+)과 카드뮴 이온(Cd2+)은 황화 이온(S2-)과 반응하면 각각 황화 납(PbS)과 황화 카드뮴(CdS) 앙금이 생성된다. 따라서 폐수 등에 황화 나트륨 수용액과 같은 황화 이온이 들어 있는 용액을 넣어 황화납이나 황화 카드뮴의 앙금이 생성되는지 확인하면 납 이온이나 카드뮴 이온이 들어 있는지를 알 수 있다.

지하수에는 칼슘 이온(Ca2+)이나 마그네슘 이온(Mg2+)이 많이 들어 있는데, 이 이온들이 앙금을 생성하면 여러 가지 현상이 나타난다. 지하수로 빨래를 하면 칼슘 이온이나 마그네슘 이온이 비누와 반응하여 앙금을 생성하므로 비누가 잘 안 풀린다. 또한, 지하수를 보일러 용수로 오래 이용하면 보일러 관 안에 탄산 칼슘(CaCO3) 앙금이 쌓이는데, 이를 관석이라고 한다. 관석이 생기면 열이 잘 전달되지 않고 심하면 관이 터지는 경우가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 지하수에 들어 있는 칼슘 이온이나 마그네슘 이온을 미리 제거하면 된다. 지하수에 탄산 나트륨(Na2CO3)을 넣으면 칼슘 이온이나 마그네슘 이온은 탄산 나트륨의 탄산 이온(CO32-)과 반응하여 탄산 칼슘이나 탄산 마그네슘(MgCO3) 앙금이 되어 제거된다.