이온 수용액에 전류가 흐르는 이유

전류의 이동은 전하의 이동

전하라고 하는 것은 물질에 존재하는 +와 -의 성질을 띠는 입자들을 말하는 것으로, 우리가 익히 알고 있다시피 원자핵은 + 전하를, 전자는 - 전하를 가지고 있습니다. 그리고, 이러한 전하의 이동으로 인해 전류가 흐르게 되는데요, - 전하를 가지는 전자가 이동하면서 전류가 흐르고, 전자는 -극에서 +극의 방향으로 흐릅니다. 참고로 전류의 방향은 전자의 이동 방향과 반대로 +극에서 -극으로 흐르는 것으로 정의가 되어 있습니다.

전류와 전자의 이동(흐름), 이미지 출처: pathwayz.org

 

전해질과 전류의 흐름

수용액 상태에서 이온화가 되어서 전류가 흐르는 물질을 전해질(electrolyte)라고 합니다. 이온 결합성 물질, 산이나 염기 등은 수용액 상태에서 이온화가 되고 전류가 흐르죠. 물 분자는 극성을 가지고 있기 때문에 + 전하를 띠는 양이온은 - 전하를 띠는 산소 원자 쪽으로, 반대로 - 전하를 띠는 음이온은 + 전하를 띠는 수소 원자 쪽으로 끌리게 됩니다. 따라서, 물 분자에 의해 이온결합 물질이 이온으로 분리가 되고, 물 분자에 둘러싸이게 됩니다.

전하를 운반하는 이온에 의해 전류가 흐른다. 이미지 출처: chem.libretexts.org

 

위의 이미지에서 보면, 물(distilled water)에는 전류가 흐르지 않죠. 원래 물은 전류가 흐르지 않는데, 우리가 일반적으로 사용하는 물에는 미네랄과 불순물이 섞여 있어 전류가 흐른다고 이야기를 합니다만, 원래 순수한 물은 전류가 흐르지 않습니다. 금속 등의 전도체가 아니면 염화나트륨(NaCl)은 고체 상태에서 이동할 수 있는 전자가 없으므로 전류가 흐르지 않죠. 하지만 위 이미지의 C에서 보듯이 물에서 양전하를 띠는 수소 원자와 음전하를 띠는 산소 원자에 의해서 물질의 이온이 분리가 되고, 전하가 전자의 이동을 만들게 되므로 전극을 연결하면 전류가 흐릅니다. 염화나트륨(NaCl)이 고체 상태와 달리 수용액에서는 전하가 자신의 전하와 반대되는 극으로 인력에 의해 이동하며 전자를 운반하므로 전류가 흐르겠죠. 전류가 흐른다는 것은 전하가 이동하는 것이니까요. 하지만, 공유결합 물질인 설탕은 수용액 상태에서도 이온화가 되지 않으므로 전극을 연결하여도 전류가 흐르지 않습니다. 산과 염기도 물에 희석하면 각각 수소 이온(H+)과 수산화이온(OH-)을 내어 놓게 되는데, 같은 맥락으로 전류가 흐르는 것을 이해하면 됩니다.