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쉽게 이해하는 화학용어 4 #폴리머와 #모노머
[생활 속 원소 이야기 5] 탄소와 수소의 조합으로 이뤄진 플라스틱
폐플라스틱에서 새로운 자원으로, 재생 플라스틱의 미래!
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어흥, 안녕! 점점 알쏭달쏭해지는 내용들로 가득 차고 있어. 그런데 조금만 한 3~4분만? 시간 투자해보면 그리 어려운 내용들이 아니니깐 나를 믿고 따라와줘! 우리는 지금까지 원자 모형, 그리고 원자의 구조(양성자,중성자,전자), 원자번호와 질량수에 대해 배웠어. 지금까지 안 배웠던 ‘전자’에 대해 배울거야.
전자는 매우 가벼워서 질량수에 포함되지 않는다고 했지? 그런데 그렇다고 해서 안 중요하진 않아. 어떻게 보면 이 전자들이 운동하면서 더 많은 화학결합이 일어난다고도 볼 수 있지. 오늘 배울 내용은 전자의 안정성, 전자궤도, 옥텟규칙이야. 자, 힘을 내서 다시 한번 여정을 떠나볼까~?
# 전자에 대해서 배워보자!
일단 우리 양성자와 중성자에 대해선 배웠어. 근데 전자에 대해서 딱히 뭐 배운게 없지. 자 이제 (+)전하와 (–)전하를 띄는 의미가 무엇인지에 대해 배울거야. 전자와 전자 사이에는 서로 떨어지려는, 전기적 반발력이 있고 전자와 핵 사이에는 서로 가까이 다가가려는 전기적 인력이 있어. 왜 그럴까?
전자와 전자끼리는 둘다 (-)전하이기 때문이지! 핵과 전자는 핵 속에 있는 양성자(+)와 전자(-)의 존재로 인해 서로 붙어있으려고해. 전자와 핵의 인력이 강할수록 전자가 안정해져. 당연한 거지! 전하가 다른 물질끼리는 서로를 거부하는 전기적 반발력이 생기잖아.
핵과의 인력이 커지면 커질수록 전자의 안정성은 높아질 수 밖에 없어! 그걸 바로 전자의 안정성이라고 해. 특별한 내용은 아니고 핵과 전자가 어떤 전하를 띄는지만 알면 쉽게 이해할 수 있는 내용이야.
# 전자가 존재하는 궤도? 궤도는 기본이다.
다음으로 전기적 인력으로 인해 전자는 핵에 가까이 접근하려고 하겠지? 그럼 전자의 안정성이 높아지잖아. 하지만 안타깝게도 그럴 수 없어.
왜냐하면! 원자 안에 다른 전자가 또 존재하기 때문에 그 전자와의 전기적 반발력도 생각해야 돼. 따라서 원자핵을 중심으로 전자가 존재할 수 있는 궤도가 있고, 각 궤도마다 들어갈 수 있는 전자 수가 달라. 이걸 바로 전자궤도라고 불러.
핵과 가장 가까이 있는 1번 궤도에는 전자 2개, 그 다음 2번 궤도에는 8개, 그 다음 3번 궤도에는 18개가 최대로 채워질 수 있어. 이해하기 쉽게 나트륨을 예로 들어볼까?
전자가 11개인 원자의 경우, 첫 번째 궤도에 2개의 전자가 존재하고 두 번째 궤도에 8개의 전자가 조재하며, 세번째 궤도에 나머지 1개의 존재하게 되지. 다음 그림처럼 말이야.
# 옥텟 규칙은 법칙이다.
그러면 나트륨 원자의 전자 위치가 맞을까? 나트륨 원자의 전자 위치들이 좀 달라질 수 있게 되는데, 그게 바로 옥텟 규칙 때문이야. 원자의 가장 바깥 껍질(=최외각 전자)에 8개의 전자가 채워지면 안정해진다는 것이 ‘옥텟 규칫’이야. 원자는 옥텟이 되기 위해 전자를 얻거나 버리게 되지. 여기서 ‘이온’이라는 개념이 도출돼. 전기적 중성이었던 원자가 전자를 얻거나 잃음으로 인해 전하를 띠는 입자를 이온이라고 해. 양이온은 전자를 잃어 (+)전하를 띠는 이온이며, 음이온은 전자를 얻어 (-)전하를 띠는 이온이야.
그러니 Na(나트륨)의 제일 바깥 껍질의 최외각 전자가 1개이므로 옥텟규칙을 만족하기 위해서는 전자 1개를 버리거나 전가 7개를 얻어야 하는데, 전가 7개를 얻는 것보다 전자 1개 잃어버리는 게 편하지 않겟어? 따라서 Na는 전자 한 개를 잃고 옥텟이 되려는 성질을 가지려고 해.
Na 원자가 전자 하나를 버리면 어떻게 될까? 양성자 11개, 전자 10개이므로 (+)전하량이 (-)전하량보다 더 크게 되므로 Na+으로 양이온이 돼.
# 이 모든 과정은 화합물(‘이온 결합물질’)을 설명하기 위한 장치!
중성원자가 전자를 잃으면 양이온이 되고 전자를 얻으면 음이온이 되는데, 원자가 ‘이온’으로 변한다는 것은 원자의 전기적 중성이 깨지는 것이야. 그러므로 전기적 중성을 만들기 위해 양이온과 음이온이 결합을 형성하는 데 그게 바로 이온결합물질이라고 부를 수 있어.
NaCl이 이온결합 물질이 이해를 돕기 위한 가장 좋은 예인데, Na는 전자를 하나버리고 Na(+)가 되고 Cl은 전자수가 17개 이므로 전자를 하나 얻어야 하므로 Cl(-), 즉 음이온이 되어버려!
Na양이온의 전하는 +1, 음이온의 전하는 -1이므로 전기적 중성이 되려면 1:1의 비로 결합하면 돼. 그 결과로 생성되는 화합물이 NaCl인거지!
어때? 조금 복잡하지? 그런데 흐코가 들어준 예를 중심으로 이해하면서 차근차근히 짚어나가다보면 쉽게 이해할 수 있어! 흐코도 마찬가지였어. 전자의 안정성, 궤도, 옥텟규칙, 이온결합 등등 잘 몰랐는데, 하나하나 예를 들어가며 생각해보니까 쉽게 이해되더라구!
그럼 ‘전자 전이와 에너지’, ‘화학결합’에 대해서 좀더 빡세게 공부하자!
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