통합과학 중2 물질의 구성 심화

원소·이온과 화학식

Q: 화학식 앞의 큰 숫자와 아래의 작은 숫자는 어떻게 다른가요?

2H2O에서 앞의 2는 물 분자가 2개 있다는 뜻이고, 아래의 2는 물 분자 하나에 수소 원자가 2개 있다는 뜻입니다. 앞의 숫자는 개수를 세는 것이고, 아래 숫자는 그 물질이 무엇인지 정하는 일부입니다 — 아래 숫자를 바꾸면 아예 다른 물질이 됩니다.

원소 기호와 화학식 작성 규칙, 이온의 형성과 이온 결합 화합물의 화학식을 이해한다.

원소 기호는 원소를 나타내는 약속된 표시이고, 화학식은 그 기호와 개수로 물질을 나타낸 것이며, 이온 결합 화합물의 화학식은 양이온과 음이온의 전하가 서로 상쇄되도록 개수를 맞춰 씁니다.

이온 결합 화합물의 화학식을 쓰는 일은 저울의 양쪽을 맞추는 일과 같습니다. 양이온이 내놓은 (+)의 총합과 음이온이 가진 (−)의 총합이 같아져야 물질 전체가 전기를 띠지 않고 안정해집니다.

쉽게 말하면

물질의 구성에서 원자가 전자를 잃거나 얻으면 이온이 된다는 것을 봤습니다. 이제 그 이온들이 어떻게 만나 물질이 되는지, 그리고 그것을 어떻게 적는지를 볼 차례입니다.

이온을 쓸 때는 원소 기호 오른쪽 위에 잃거나 얻은 전자 수와 부호를 적습니다. 전자를 하나 잃으면 $N a^{+}$ , 둘 잃으면 $M g^{2 +}$ , 하나 얻으면 $C l^{-}$ , 둘 얻으면 $O^{2 -}$ 입니다. 여러 원자가 한 덩어리로 전하를 띠는 이온도 있습니다. 암모늄 이온 $N H_{4}^{+}$ , 질산 이온 $N O_{3}^{-}$ , 탄산 이온 $C O_{3}^{2 -}$ , 황산 이온 $S O_{4}^{2 -}$ 같은 것들인데, 이들은 반응할 때 통째로 움직입니다.

양이온과 음이온은 서로 다른 전하를 띠므로 끌어당겨 결합합니다. 이때 만들어진 물질은 전체적으로 전기를 띠지 않아야 하므로, (+)전하의 총합과 (−)전하의 총합이 같아지도록 개수가 정해집니다. $N a^{+}$ 와 $C l^{-}$ 는 1:1로 만나 $NaCl$ 이 되고, $M g^{2 +}$ 와 $C l^{-}$ 는 1:2로 만나 $MgC l_{2}$ 가 됩니다. 화학식을 쓸 때는 양이온을 먼저 쓰고, 이름은 반대로 음이온부터 읽습니다 — $NaCl$ 은 '염화 나트륨'입니다.

중요한 것은 $NaCl$ 이 '분자 하나'를 뜻하는 것이 아니라는 점입니다. 이온 결합 물질에서는 수많은 이온이 규칙적으로 배열되어 있고, 화학식은 그 안의 개수비를 나타냅니다.

이렇게 나타납니다

예시 1

$M g^{2 +}$ 와 $C l^{-}$ 로 화합물 만들기

$M g^{2 +} + 2 C l^{-} \to MgC l_{2}$

마그네슘 이온이 내놓는 (+)가 2개이므로, (−)가 1개인 염화 이온이 2개 있어야 균형이 맞습니다. 그래서 $MgCl$ 이 아니라 $MgC l_{2}$ 입니다.
예시 2

다원자 이온이 2개 필요할 때는 괄호를 쓴다

$C a^{2 +} + 2 O H^{-} \to Ca (OH)_{2}$

수산화 이온 $O H^{-}$ 가 2개 필요하므로 $OH$ 를 괄호로 묶고 아래에 2를 씁니다. 괄호 없이 $CaO H_{2}$ 라고 쓰면 산소 1개와 수소 2개라는 전혀 다른 뜻이 됩니다.
예시 3

앙금 생성 반응으로 이온을 확인하기

염화 나트륨 수용액에 질산 은 수용액을 넣으면 흰색 앙금이 가라앉습니다. 은 이온과 염화 이온이 만나 물에 잘 녹지 않는 물질을 만들었기 때문입니다. 수용액 속에서 이온이 실제로 따로 흩어져 돌아다니고 있다는 증거이기도 합니다.

순서대로 하면

이온 결합 화합물의 화학식 쓰는 순서

1양이온과 음이온이 각각 몇 개의 전하를 띠는지 확인합니다. 예: $A l^{3 +}$ , $O^{2 -}$ .
2(+)전하의 총합과 (−)전하의 총합이 같아지도록 개수를 맞춥니다. $3 \times 2 = 2 \times 3$ 이므로 $Al$ 2개, $O$ 3개입니다.
3양이온을 먼저 쓰고 음이온을 뒤에 쓰며, 개수는 오른쪽 아래에 작게 적습니다: $A l_{2} O_{3}$ .
4개수가 1이면 숫자를 쓰지 않습니다. 다원자 이온이 2개 이상이면 괄호로 묶은 뒤 숫자를 씁니다.
5이름은 음이온부터 읽습니다: 산화 알루미늄.

자주 하는 오해

이온의 전하를 무시하고 1:1로 붙이기

이렇게 생각하기 쉬움

M g^{2 +}

와

C l^{-}

가 결합하니

MgCl

이다

실제로는전하의 총합이 0이 되어야 하므로

MgC l_{2}

입니다.

이온 결합은 (+)와 (−)가 끌어당겨 생기는 결합이고, 만들어진 물질은 전기를 띠지 않습니다.

MgCl

은 전체가

+ 1

이라 존재할 수 없습니다. 화학식의 아래 첨자는 '외우는 숫자'가 아니라 전하 균형을 맞춘 결과입니다.

NaCl

을 '나트륨 원자 1개와 염소 원자 1개가 붙은 분자'로 생각하기

이렇게 생각하기 쉬움

NaCl

분자가 모여 소금이 된다

실제로는소금 결정 속에는

N a^{+}

와

C l^{-}

가 1:1의 비로 규칙적으로 배열되어 있을 뿐, '

NaCl

분자'라고 떼어 낼 단위가 없습니다. 화학식은 그 개수비를 나타냅니다.

물(

H_{2} O

)처럼 원자가 결합해 분자를 이루는 물질과 달리, 이온 결합 물질은 이온들이 사방으로 끌어당기며 쌓여 있습니다. 그래서 소금을 물에 녹이면 '

NaCl

분자'가 떠다니는 것이 아니라

N a^{+}

와

C l^{-}

가 따로 흩어집니다. 소금물이 전류를 흘리는 이유가 바로 이것입니다.

선수 개념 — 이걸 먼저 알아야 해요

물질의 구성중2

이후 개념 — 이 개념을 배우면 이어집니다

물질과 규칙성고1

같은 단원의 개념 — 물질의 구성

물질의 구성중2

자주 묻는 질문

Q1어떤 원자가 몇 개의 전자를 잃거나 얻는지 어떻게 아나요?

원자마다 전자를 잃기 쉬운지 얻기 쉬운지, 몇 개를 주고받는지가 정해져 있습니다. 처음에는 자주 나오는 이온(

N a^{+}

K^{+}

M g^{2 +}

C a^{2 +}

C l^{-}

O^{2 -}

등)을 익혀 두면 됩니다. 그 규칙성이 어디에서 오는지는 주기율표를 배우면 한꺼번에 이해됩니다.

Q2화학식 앞의 큰 숫자와 아래의 작은 숫자는 어떻게 다른가요?

2 H_{2} O

에서 앞의 2는 물 분자가 2개 있다는 뜻이고, 아래의 2는 물 분자 하나에 수소 원자가 2개 있다는 뜻입니다. 앞의 숫자는 개수를 세는 것이고, 아래 숫자는 그 물질이 무엇인지 정하는 일부입니다 — 아래 숫자를 바꾸면 아예 다른 물질이 됩니다.

Q3고체 소금은 이온으로 되어 있는데 왜 전류가 흐르지 않나요?

전류가 흐르려면 전하를 띤 입자가 움직일 수 있어야 합니다. 고체 상태에서는 이온들이 제자리에 단단히 붙잡혀 있어 움직이지 못합니다. 물에 녹이거나 높은 온도로 녹여 이온이 자유롭게 움직이게 되면 전류가 흐릅니다.

교육과정 2022 개정 · 중2 통합과학 · 물질의 구성 수록 심화 (교육과정 밖 확장 개념)

출처 교육부 고시 제2022-33호 (2022 개정 교육과정) · NCIC 국가교육과정정보센터

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