양이온
양이온(cation)은 중성인 입자가 어떠한 이유로 전자를 잃고 (+)전기를 띄고 있는 것을 말한다. 이온 결합 화합물이 물에 용해되면서 양이온이 생기는 경우도 있고, 일부러 에너지를 가해서 떼어내는 방법도 있다. 보통은 양이온은 양이온 원자를 생각하지만, 양이온 분자가 있는 경우도 많다. 대표적으로 암모늄 이온(NH⁴⁺), 하이드로늄 이온(H₃O⁺) 등이 있다. 이를 다원자 이온이라고도 한다. 영어로는 Cation이라고 한다. 실제 발음은 "캐타이언(kætaɪən)"이다.
유기화학에서는 양이온 분자가 친전자체로 작용하여 반응을 일으키기도 한다. 보통 하이드로늄 이온이 질소나 산소의 비공유 전자쌍을 공격하여 반응이 일어난다.
수소를 포함한 양이온은 산(Acid)으로 작용하기도 한다. 위의 암모늄 이온과 하이드로늄 이온 둘 모두 산성 물질이다. 또한 이렇게 산으로 작용함으로서(루이스 정의) 착화합물의 중심원자 역할을 하여 리간드의 전자쌍을 받는 작용도 일어난다.
개요[편집]
이온은 전하를 띠는 원자 또는 분자를 뜻한다. 원자에서 양전하를 띠는 양성자의 수는 대개 화학 변화에 의해서는 변하지 않는다. 그러나 음전하를 띠는 전자들은 화학반응의 결과 전자의 이동이 일어나기 때문에 감소하거나 증가할 수 있다. 이때 중성의 원자에서 한개 이상의 전자를 잃은 원자는 양전하를 띠게 된다. 이때 양전하를 띤 이온을 양이온이라 부른다. 양이온을 표기하는 방법은 전자를 n만큼 잃었으면 원자나 분자기호 뒤에 n+라고 표기한다.
양이온의 생성[편집]
화학반응의 결과 전자의 이동이 일어나게 되는데, 이때 전자를 얻으면 음전하를 띄게 되어 음이온이 되고, 전자를 잃으면 양전하를 띠게 되어 양이온이 된다.
그림 왼쪽의 나트륨 원자는 중심핵에 +11의 전하량을 가진다. 또한, 둘레에 각 -1의 전하를 가진 11개의 전자를 가져서 전체 전하량합계는 0이 되므로 중성나트륨원자라 한다. 이 상태의 나트륨원자는 가장 바깥쪽의 전자 하나를 쉽게 잃고, 그림 오른쪽처럼 10개의 전자를 가진 나트륨 이온이 된다. 이 경우, +11과 -10의 전하량이 상쇄되어, 전체적으로 +1의 전하량을 가지게 된다. 이처럼 전자의 음전하량보다 중심원자핵의 양전하량이 더 큰 상태의 입자를 양이온이라 한다.
양이온이 되는 원소들[편집]
주기율표의 1족에 위치한 원소들은 1가의 양이온이 되고, 2족에 위치한 원소들은 2가의 양이온이 된다. 주기율표의 왼쪽에 위치한 원소들은 최외각전자껍질에 소수의 전자를 가지고 있어서, 이 전자를 방출하고 안정된 상태가 되려는 경향이 강하다. 이러한 원소들이 반응에 참여하면 쉽게 전자를 방출하고 양이온이 되는 경향을 가진다. 이러한 이유로 주기율표의 왼쪽에 위치한 금속원자들은 반응시 모두 양이온이 되게 된다.
종류[편집]
전하량에 따라 1가 2가 3가로 분류하며 1가는 전자를 하나 잃고 2가는 전자를 두개, 3가는 전자를 3개 잃었다는 뜻이다. 때에 따라 산화수로 따지면 +7가 등 큰 수로 가는 경우도 있지만, 이는 화합물을 만들면서 생긴 것이지 혼자서만 이온으로 다니지는 않는다. 이는 에너지적으로 손실이 많기 때문이다. 예를 들어 원자들이 옥텟 규칙을 만족하고자 하면, 7개의 전자를 잃는것 보다 1개의 전자를 얻는 쪽이 훨씬 더 에너지적으로 손실이 적은 것은 쉽게 이해가 갈 것이다.
- 1가 : 1족원소(알칼리 금속)은 +1가 양이온을 잘 만든다. 이들이 17족 할로젠 원소와 반응하여 만들어진 이온 결합 화합물을 물에 녹였을때 이렇게 생기기도 하고, 또는 금속을 바로 물에 넣어도 매우 격렬한 반응을 일으키며 양이온이 된다. 은 등의 전이 금속 원소들도 +1가 양이온을 만들기도 하는데, 이는 d오비탈에 전자를 꽉 채우는 것이 축조의 원리를 만족하는 것보다 더 안정하기 때문에 생기는 현상이다. 예를 들면 Cr(크로뮴)은 24번으로 [Ar] 4s(2) 3d(4) 의 전자 배치를 가지는데, 4s 오비탈의 전자 하나를 d 오비탈에 채워 4s(1) 3d(5) 오비탈이 되고, 이것이 이온화되면서 +1가 양이온이 되게 된다.
- 2가 : 2족원소를 포함한 대부분의 금속(알칼리금속), 혹은 +2가를 가지는 전이금속
- 3가 : 알루미늄(Al) 등이 있다.
참고자료[편집]
같이 보기[편집]
