Ion
전기를 띤 원자 또는 원자단
'이온'이라는 단어는 1834년 마이클 패러데이가 고안했다. '가다'를 뜻하는 그리스어 ienai의 중성 현재분사형에서 유래되었다.
Ion 생성 방식
이온은 여러가지 과정을 통해 만들어지는데, 간단히 표현하자면 전자를 얻거나 잃으면 생성된다. 또한 원자 혹은 원자단이 다른 원자 혹은 원자단과 결합한 상태에서 일부가 떨어져 나갈 때 전자를 더 가지고 가거나 덜 가지고 가는 등의 과정에 의해서도 만들어진다.
양전하를 띤 이온을 양이온(cation), 음전하를 띤 이온을 음이온(anion)이라 한다. 이를 이온식으로 나타낸다. 중성인 분자가 전자를 잃거나 얻는 것을 이온화(전리)한다고 하고, 이렇게 생성된 이온의 전하량은 잃거나 얻은 전자의 개수에 잃으면 (+), 얻으면 (-)로 나타낸다. 따라서 전기소량의 정수배로 나타내며, 이 값을 이온값이라 부른다. 원소기호의 오른쪽 위에 +/-표기와 더불어 표기한다. Pb → Pb2+, S → S2-처럼.
기체도 에너지를 가해 주면 이온화 되어 전류가 흐를 수 있다. 실제로, 기체 속에 방사능 물질을 놓고 양쪽에 전압을 걸어주면 방사선의 에너지에 의해 이온화된 기체 분자가 전하를 운반하여 전류가 통할 수 있다.
원자는 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 전자로 구성되어 있고, 원자핵은 다시 (+)전하를 가진 양성자와 전기를 띠지 않는 중성자로 이루어져 있다. 원자 상태에서는 (+)전하와 (-)전하의 양이 같아, 서로 상쇄하여 전기적으로 중성이다. 그런데 원자가 전자를 잃으면 (-)전하량보다 (+)전하량이 더 많아지게 되는데, 이를 양이온이라고 한다. 또, 원자가 다른 원자에서 전자를 얻으면, (+)전하량보다 (-)전하량이 더 많아지게 되는데, 이를 음이온이라고 한다.
전자를 잃어 양이온이 되기 쉬운 물질과 전자를 얻어 음이온이 되기 쉬운 물질은 정해져 있다. 일반적으로 금속 원자와 수소는 양이온, 비금속 원자는 음이온이 되기 쉬운 성질이 있다. 또, 황산 이온이나 수산화 이온, 암모늄 이온과 같이 원자단이 전자를 잃거나 얻거나 하여 이온이 되는 것도 있다.
이온 성질
이온이 되면 원래의 물질과 성질이 달라진다. 예를 들어, 중성 상태의 나트륨 금속은 물에 넣으면 강렬히 반응하며 터지지만, +1가의 나트륨 이온은 물에 넣어도 안 터진다. 나트륨 이온이 들어있는 물질인 소금을 물에 녹이면 소금이 용해된 것 이외에 아무 일이 일어나지 않는 것으로써 확인할 수 있다.
이온 결합
양이온과 음이온이 결합에 생성되는 화학 결합을 이온 결합이라고 한다.
이온 결합 물질은 보통 물에 녹아 양이온과 음이온으로 나뉘어져 전류가 통하게 된다.[3][4] 예를 들어, 순수한 증류수는 전류가 거의 흐르지 않지만 실제로는 주변에서 흔히 보는 물에는 전류가 잘 통하는데, 이것은 칼슘 이온과 마그네슘 이온과 같은 불순물들이 들어가 있기 때문이다. 그리고 수돗물은 염소와 플루오린 등으로 소독하기 때문에 당연히 전기가 통한다.
산과 염기도 일종의 이온 결합 물질이다. 흔히 보는 산은 H3O+(또는 H+), 흔히 보는 염기는 OH-나 NH2-(혹은 NH2-, N3-) 이온을 공통적으로 갖고 있다.
이온은 전하를 갖고 있어서 전극을 이용해 모을 수 있다. 양극에는 음이온이 모이고, 음극에는 양이온이 모인다. 주의할 점은 영어에서는 양이온이 cation, 음이온이 anion임에도 불구하고, 양극이 cathode, 음극이 anode가 아니라는 것이다. 양극이 anode, 음극이 cathode다. 영어에서는 cathode에 모이는 이온을 cation, anode에 모이는 이온을 anion이라고 이름붙였다. 혼동되기 쉬우니 주의할 필요가 있다.
단, 이것조차 무조건적으로 캐소드가 음극이고, 애노드가 양극이라는 것이 아니다. 전지가 방전할 때 음극은 애노드(산화반응이 진행되는 전극)이고, 충전할 때 음극은 캐소드(환원반응이 진행되는 전극)이다. 또한 방전할 때 양극은 캐소드이지만, 충전할 때 양극은 애노드이다.
위의 이런 헷갈리는 명칭은 자석의 N극과 S극에도 적용된다. 자석의 N극은 지구의 북극(정확히는 자북극)을 가리키는데, 이는 북극이 지구라는 거대한 자석의 S극에 해당하기 때문이다. 남극은 N극이다. 이는 애당초 자석의 극을 정할 때 “북쪽을 가리키는 극이 N극, 남쪽을 가리키는 극이 S극이다”라고 정했기 때문이다.
효소 등 기능이 있는 단백질에서도 이온이 쓰이는 경우가 있는데, 이를 보결족(補缺族; Prosthetic group)이라고 한다.
건강보조용품 등에서 음이온을 많이 언급하는데 그다지 과학적인 것은 아니다.