1단원 - 이온 확인 방법

2023.03.27 - [중등과학문제풀이/중2 과학 이론] - 1단원 - 화학식(분자식), 이온

1단원 - 화학식(분자식), 이온

 

이온에 대한 내용은 위에서 확인 바랍니다.

 

그럼, 물질 속에 있는 이온이 양이온인지 음이온인지 어떻게 확인할까요? 

 

- 이온의 확인 방법 -

이온을 확인하는 가장 좋은 방법은 전기를 흘려주면 됩니다. 왜? 이온은 전하를 띤 입자이니까, 양이온은 (-) 극으로 이동을 하고, 음이온은 (+) 극으로 이동을 하죠. 이런 방법으로 이온을 확인해 주면 되는데, 모든 이온을 확인할 수 있지만, 문제는 이온의 대부분은 색이 없어요. 무색입니다. 그래서 우리 눈으로 이온이 이동했는지 안 했는지 알 수가 없습니다. 그런 정말로 불가능할까요? 그것은 아니고 일부 이온들은 색을 가지고 있기 때문에 일부 이온들을 가지고 전체 이온으로 생각을 넓히면 됩니다.

 

그럼, 어떻게 이온에 전류를 흘려줄까요? 

 

- 전해질 VS 비전해질 -

물에 물질을 녹이고 그 용액에 전류를 흘러주면 전기가 통하는지 안 통하는지 확인이 가능하죠. 이때 전기가 통하는 물질을 전해질이라고 합니다. 전해질은 물에 녹았을 때 이온화(양이온과 음이온으로 나눠지는 현상) 과정을 거쳐서 양이온과 음이온으로 수용액 안 존재하게 됩니다. 그래서 전기를 흘려주면 양이온은 (-) 극으로 음이온은 (+) 극으로 이동을 합니다. 전해질로 쉽게 볼 수 있는 것이 소금입니다. 소금은 염화나트륨이라고 하는데요, 염화나트륨을 물에 녹이면 물속에서 나트륨이온(양이온)과 염화이온(음이온)으로 나눠지게 됩니다. 

염화나트륨을 물에 녹았을 때 상태 -비상교육 참조

 

그럼 모든 물질이 전해질일까요? 아니에요. 물에 녹았을 때 전기가 안 통하는 물질을 비전해질이라고 합니다. 주변에서 쉽게 볼 수 있는 설탕이 바로 비전해질이죠. 설탕은 물에 녹지만, 수용액에서 이온이 아닌 분자로 존재합니다. 그래서 전기가 통하지 않죠. 

설탕을 물에 녹았을 때 상태 - 하이탑과학참조

 

그림을 보시면 설탕수용액에서 전구가 불이 안 들어오고 있죠? 따라서 전기가 통하지 않으므로 설탕은 비전해질입니다. 

 

 

 

- 이온의 전하 확인 -

전해질 물질을 물에 녹이면 양이온과 음이온으로 이온화가 된다고 했습니다. 위에서 말했지만, 이온들이 대부분 무색이라서 양극으로 이동하는 것을 볼 수 없다고 했죠. 그래서 많이 사용하는 전해질로 황산구리와 크로뮴산 칼륨, 과망가니즈산칼륨을 이용합니다. 황산구리는 수용액에서 구리이온과 황산이온으로 이온화가 되고, 크로뮴산칼륨은 칼륨이온과 크로뮴산이온으로, 과망가니즈산칼륨은 칼륨이온과 과망가니즈산이온으로 이온화가 됩니다. 소개한 이온 중에 구리이온과 크로뮴산이온, 과망가니즈산이온은 각각 푸른색, 노란색, 보라색을 띠는 이온이라서 눈으로 쉽게 구별할 수 있습니다.

 

이온의 전하 확인 실험 - 비상교육 참조

 

그림에서 거름종이에 질산칼륨 수용액을 적신 다음 황산구리 수용액과 과망가니즈산칼륨 수용액을 가운데 한 방울씩 떨어뜨리고 양극에 전류를 흘려주면 황산구리 수용액에서 파란색이 (-) 극으로, 과망가니즈산칼륨 수용액에서 보라색이 (+) 극으로 이동하는 것을 볼 수 있습니다. 황산구리 수용액에서 (-)극으로 이동하고 있다는 것은 양이온이라는 것이죠. 그럼 황산구리 수용액에서 양이온은 구리이온이고, 구리이온이 (-)극으로 이동하는 것은 (+)의 전하를 띠고 있다는 것을 알 수 있습니다. 과망가니즈산칼륨 수용액에서 (+)극으로 이동하고 있는 것은 음이온이죠? 과망가니즈산칼륨 수용액에서 음이온은 과망가니즈산 이온이고, 음이온은 (+)극으로 이동하므로 (-) 전하를 띠고 있다는 것을 알 수 있습니다. 

 

이렇게 전해질을 통해서 이온의 전하를 확인할 수 있다는 것 이해가 되시나요??

그럼, 크로뮴산칼륨 수용액에서 크로뮴산이온은 노란색이므로 (+) 극으로 이동을 하겠네요^^ 이해가 되시죠?? 한 가지 궁금한 게 있네요? 그럼, 색이 있는 이온들은 이동을 하는 것이 눈에 보이지만, 다른 이온들은 이동을 하지 않는다고 생각하는데, 아니에요~~ 위에서 이야기했지만, 색이 없어서 우리 눈에 안 보이는 것이지, 이동은 못하는 것은 아닙니다. 많은 학생들이 틀리는 부분이라는 것^^ (참고로, 거름종이에 질산칼륨 수용액을 적시는 이유는 거름종이 자체는 전기가 통하지 않기 때문에 전기가 통하게 하기 위해서입니다.)

 

- 앙금 생성 반응 -

앙금이라는 것을 두 화합물이 반응하여 물에 녹지 않는 물질을 만드는데 이런 물질을 앙금이라고 합니다. (참고로 염이라고도 해요^^)

 

앙금생성반응으로는 이온의 전하보다는 물질 속에 들어 있는 이온을 확인하는 방법으로 더 많이 사용합니다. 예를 들면, 염화나트륨과 질산은을 섞어주면 염화나트륨에 있는 염화이온과 질산은에 있는 은이온이 서로 반응하여 염화은이라는 앙금을 생성합니다. 염화은은 염화이온과 은이온이 만나야 생기는 앙금이에요. 그럼, 섞이기 전 두 물질에는 염화이온과 은이온이 있다는 것을 알 수 있습니다. 이처럼 이온의 전하보다는 물질 속에 있는 이온을 확인할 수 있습니다.

 

염화나트륨 수용액과 질산은 수용액의 반응 - 비상교육 참조

 

앙금생성반응에서 앙금을 생성하는 이온들을 알짜이온이라고 하고, 앙금을 생성하지 않는 이온을 구경꾼이온이라고 합니다. 알짜이온들의 반응식을 알짜이온 반응식이라고 하죠^^

그림에서 앙금은 은이온(Ag+)과 염화이온(Cl-)이 만나서 염화은(AgCl)이 되었죠. 그럼 알짜이온은 은이온과 염화이온이고, 이들의 반응식은 그림과 같습니다.

알짜이온 반응식 - 비상교육참조

 

반응식에서 화살표가 아래로 내려가고 있죠? 이것은 앙금이 생성되었다는 기호입니다. 반대로 화살표가 위로 올라가면 기체가 발생했다는 기호예요^^

그럼, 구경꾼 이온은 누가 될까요? 바로 나트륨이온(Na+), 질산이온(NO3-) 이죠. 

 

 

 

앙금생성반응에서 앙금을 생성하는 이온은 정해져 있습니다. 힘들겠지만, 앙금을 생성하는 이온들은 암기를 하셔야 문제를 푸는 데 도움이 되어요^^

 

앙금생성하는 양이온과 음이온, 앙금색 - 네이버 참조

 

앙금생성에 관한 문제에서 가장 많이 출제하는 유형이 물질 속에 어떤 이온이 들어 있는가?입니다. 그래서 앙금생성하는 이온과 앙금의 색은 암기하셔야 합니다. 이것은 선택이 아니고 필수입니다.  그럼, 앙금을 생성하지 않는 이온도 있나요? 당연히 있습니다. 가장 흔한 이온으로 나트륨이온(Na+), 칼륨이온(K+), 질산이온(NO3-), 암모늄이온(NH4+)입니다. 

 

예를 들면, 물질 X 수용액이 있다. 물질X 수용액에 질산은 수용액을 넣었는데, 흰색 앙금이 생성되었다. 그리고 물질 X를 니크롬선에 묻혀서 토치불꽃에 넣었더니 노란색이 나왔다. 물질X의 화학식은? 이렇게 물어보면 어떻게 할래요?

첫 번째 물질X 수용액에 질산은 수용액을 넣었는데, 흰색앙금이 생성되었다. 그럼, 질산은 수용액에서 앙금을 만드는 이온은 은이온이죠. 은이온과 만나서 앙금을 만드는 이온은 염화이온이므로, 물질X 에는 염화이온이 있고, 두 번째 불꽃반응의 색이 노란색이죠? 노란색은 나트륨이잖아요. 따라서 물질 X에는 나트륨이온과 염화이온이 들어 있다는 것을 알 수 있습니다. 그럼, 물질의 화학식은 Na+(나트륨이온) + Cl-(염화이온) 만나야 하므로 화학식은 NaCl입니다. 

이렇게 풀면 되죠?? 쉽죠???

 

앙금생성하는 양이온과 음이온에 보면 한 가지 빼고 전부다 색이 칠해져 있는데, 왜 색이 칠해져 있을까요? 바로 잘 나오는 이온이라서~~ 이 정도는 센스죠?? 

 

지금까지 이온의 전하를 확인하는 방법과 이온을 확인하는 방법에 대해서 알아봤습니다.^&^ 

 

이제 1단원은 마무리했으니까, 2단원 포스팅 하도록 하겠습니다.^^ 긴 글 읽어주셔서 감사합니다.^^

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