뿌리학습 · 중학 과학탐구
이온과 화학식 표현
물질을 이루는 입자에는 세 가지가 있다. 원자, 분자, 이온이다. 셋은 나란히 놓인 별개의 것이 아니라 모두 원자에서 출발한다. 원자 여러 개가 결합하면 분자가 되고, 원자가 전자를 잃거나 얻으면 이온이 된다.
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개념 정리
이온이 무엇인지 이해하려면 원자가 왜 전하를 띠지 않는지부터 봐야 한다. 원자의 중심에는 플러스 전하를 띤 원자핵이 있고 그 주위를 마이너스 전하를 띤 전자가 돌고 있다. 이 둘의 양이 정확히 같아서 서로 상쇄된다. 그래서 원자는 중성이다.
그런데 전자는 원자핵과 달리 가벼워서 원자 밖으로 빠져나가거나 다른 원자에서 들어오기도 한다. 전자가 하나 빠져나가면 마이너스 전하가 하나 줄어드니 플러스 쪽이 남는다. 반대로 전자가 들어오면 마이너스 쪽이 남는다. 이렇게 균형이 깨져 전하를 띠게 된 입자를 이온이라 부른다. 전자를 잃어 플러스가 된 것이 양이온, 전자를 얻어 마이너스가 된 것이 음이온이다. 중요한 것은 움직이는 쪽이 언제나 전자라는 점이다. 원자핵은 그대로 있다.
이온을 기호로 적는 방법에는 순서가 있다. 원소 기호를 쓰고, 그 오른쪽 위에 이동한 전자의 개수를 먼저, 전하의 종류를 나중에 쓴다. 전자가 하나만 이동했다면 숫자 1은 생략한다. 순서를 바꿔 쓰면 틀린 표기가 된다. 한글로 읽을 때는 양이온은 원소 이름 뒤에 이온을 붙이면 되고, 음이온은 원소 이름에 화를 붙인다. 이름이 소로 끝나는 원소라면 소를 떼고 화를 붙인다.
어떤 원소가 양이온이 되고 어떤 원소가 음이온이 되는지는 주기율표에서 위치로 짐작할 수 있다. 왼쪽 끝 두 줄에 있는 원소들은 전자를 잃어 양이온이 되고, 오른쪽 편에 있는 원소들은 전자를 얻어 음이온이 된다. 잃거나 얻는 전자의 개수도 줄마다 정해져 있다. 한편 여러 원자가 결합한 덩어리 전체가 전하를 띠는 경우도 있는데, 이를 다원자 이온이라 한다. 이 경우 덩어리 하나를 이온 하나로 취급해야 한다.
이제 이온끼리 결합하는 이야기로 넘어간다. 양이온과 음이온이 만나면 서로의 전하가 상쇄되어 전체 전하가 0이 되고, 이렇게 만들어진 물질을 이온 화합물이라 한다. 화학식을 쓸 때 지켜야 할 것이 세 가지다.
첫째, 전하의 합이 0이 되도록 각 이온이 몇 개씩 필요한지를 먼저 정한다. 전하량이 서로 같다면 하나씩이면 되지만, 한쪽이 2이고 다른 쪽이 1이라면 1인 쪽이 두 개 필요하다. 개수가 결정되면 아래 첨자로 적는다. 둘째, 완성된 화학식에는 전하 기호를 쓰지 않는다. 이미 0이 되었기 때문이다. 셋째, 원소 기호는 양이온을 먼저 쓴다. 다원자 이온이 들어간다면 그 안의 숫자까지 통째로 옮겨 적어야 한다.
한글 이름을 읽을 때는 순서가 뒤집힌다. 각 이온에서 이온이라는 말을 떼고, 음이온을 먼저 읽는다. 화학식은 양이온이 앞, 이름은 음이온이 앞이다. 이 둘이 반대라는 점만 기억해 두면 헷갈리지 않는다.
마지막으로 이온이 정말 전하를 띠고 있는지 확인하는 방법이 있다. 전하를 띤다는 것은 전기의 성질을 갖는다는 뜻이므로, 이온이 든 용액에 전기를 통하게 해 보면 된다. 이온 화합물을 물에 녹이면 양이온과 음이온으로 나뉘고, 전기를 걸면 각각 자신과 반대되는 극으로 끌려간다. 이 이동 덕분에 전기가 흐른다. 반면 설탕처럼 분자로 이루어진 물질은 물에 녹아도 분자 그대로 흩어질 뿐 전하를 띤 입자가 생기지 않으므로 전기가 흐르지 않는다. 다만 분자로 이루어졌더라도 물에 녹으면서 이온으로 나뉘는 물질이 있고, 그런 수용액은 전기가 통한다. 판정 기준은 분자인지 이온인지가 아니라 용액 안에 전하를 띤 입자가 생겼는지다. 색을 띤 이온을 쓰면 이 이동을 눈으로도 확인할 수 있다. 다만 색이 보이는 쪽만 움직이는 것이 아니라, 색 없는 이온도 반대편으로 함께 이동하고 있다는 점은 기억해야 한다.
이 단원 시험에서 묻는 것
학교 시험은 교육과정 성취기준을 바탕으로 출제됩니다. 이 단원의 성취기준은 다음을 할 수 있는지 확인하도록 정하고 있습니다.
- [9과11-04]물질을 이루는 입자는 원자, 분자, 이온 등으로 존재할 수 있음을 알고, 이온은 전하를 띠고 있음을 설명할 수 있다.
자주 하는 착각
원자·분자·이온의 구분과 이온식 표기
- 이온식에서 전하 기호를 먼저 쓰고 전자 수를 뒤에 쓴다. 말로 읽는 순서(이 플러스, 이 마이너스)를 그대로 적기 때문이다. 표기 순서는 정해져 있다. 전자 수가 앞, 전하 기호가 뒤다.
- 음이온의 한글 이름을 원소 이름 그대로 부른다. 규칙이 두 겹이라 하나만 적용하기 때문이다. 음이온에는 화를 붙이되, 원소 이름이 소로 끝나면 소를 빼고 화를 붙인다.
- 모든 물질이 분자로 이루어져 있다고 본다. 분자를 먼저 배우기 때문이다. 18족 원소는 원자 하나가 그대로 입자 노릇을 하고, 금속은 분자를 이루지 않고 원자들이 규칙적으로 모인 덩어리로 존재한다. 그래서 화학식도 원소 기호만으로 쓴다.
- 같은 원소로 이루어졌으면 같은 물질이라고 본다. 구성 원소만 보고 개수를 보지 않기 때문이다. 원자의 종류가 같아도 개수가 다르면 화학식도 성질도 다른 물질이다.
이온 화합물의 화학식 작성
- 화학식에 전하 기호를 그대로 남겨 쓴다. 이온 하나하나가 전하를 띠니 결합해도 띠고 있을 것이라 여기기 때문이다. 두 이온이 결합하면 전하의 합이 0이 되므로 화합물은 전하를 띠지 않는다.
- 다원자 이온의 아래 첨자 숫자를 빠뜨린다. 이 실수는 학습자들에게서 자주 나오는 것으로 관측된다. 다원자 이온을 낱개 원자들의 나열로 보기 때문이다. 그 덩어리 전체가 하나의 이온이므로 내부 숫자까지 함께 써야 한다.
- 전하량이 다른 이온끼리 하나씩 짝지어 결합시킨다. 결합은 일대일이라는 인상이 남아 있기 때문이다. 목표는 짝을 맞추는 것이 아니라 전하의 합을 0으로 만드는 것이며, 그러려면 개수가 달라진다.
- 화학식 쓰는 순서와 한글로 읽는 순서를 같게 적용한다. 두 규칙이 서로 반대라는 사실이 예상 밖이기 때문이다. 화학식은 양이온을 앞에 쓰고, 한글 이름은 음이온을 앞에 읽는다.
이온의 전하 확인
- 물에 녹기만 하면 전기가 통한다고 본다. 수용액이라는 조건과 전기 전도라는 결과를 곧바로 연결하기 때문이다. 전기가 흐르려면 전하를 띤 입자가 있어야 하고, 분자로 이루어진 물질을 녹인 용액에는 그런 입자가 없다.
- 양이온이 양극으로 간다고 판단한다. 같은 이름의 부호끼리 짝지으려는 직관 때문이다. 이온은 자신과 반대되는 전하 쪽으로 끌려간다.
- 색이 보이는 쪽만 이온이 이동한다고 본다. 관찰되지 않으면 일어나지 않았다고 여기기 때문이다. 색이 없는 이온도 동시에 반대편으로 이동하고 있다.
이런 오개념, 나도 갖고 있을까?
이온식을 표기할 때 전하 기호를 먼저 쓰고 전자 수를 뒤에 쓴다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
말로 읽을 때 '이 플러스', '이 마이너스'처럼 기호를 앞에 말하는 습관 때문에, 쓸 때도 전하 기호를 먼저 적어야 한다고 생각하기 쉬워요. 실제로는 표기 순서가 정해져 있어서, 전자 수를 먼저 쓰고 그 뒤에 전하 기호를 쓰는 것이 맞아요.
음이온의 한글 이름은 원소 이름에 '화'를 붙여 부르되, 원소 이름이 '소'로 끝나면 '소'를 빼고 '화'를 붙인다.정답 보기
O (맞는 설명이에요)
이온 이름 붙이는 규칙이 두 단계로 되어 있어서, 하나만 기억하고 나머지를 빠뜨리기 쉬워요. 예를 들어 산소 이온은 '산소화'가 아니라 '소'를 빼고 '화'를 붙여 '산화 이온'이라고 부르고, 염소 이온은 '소'를 빼고 '염화 이온'이라고 불러요. 실제로는 '화를 붙인다'는 규칙과 '소로 끝나면 소를 뺀다'는 규칙을 두 가지 모두 함께 적용해야 해요.
물, 산소, 소금 등 모든 물질은 분자로 이루어져 있다.정답 보기
X (흔한 오개념이에요)
학교에서 분자를 먼저 배우다 보니 모든 물질이 분자로 이루어져 있다고 생각하기 쉬워요. 실제로는 18족 원소처럼 원자 하나가 그대로 입자 노릇을 하는 경우도 있고, 금속처럼 원자들이 규칙적으로 모인 덩어리로 존재하는 경우도 있어서, 이런 물질들은 분자가 아닌 원자를 기본 입자로 보고 원소 기호만으로 화학식을 쓴답니다.
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자주 묻는 질문
교육부 고시 제2022-33호 과학탐구 교육과정 기반