염화 나트륨은 고체 상태에서 전기 전도성이 없지만, 수용액 상태에서는 전기가 잘 통하는 이유는 무엇인가요?

Question

염화 나트륨은 고체 상태에서 전기 전도성이 없지만, 수용액 상태에서는 전기가 잘 통하는 이유를 이온 결합 물질의 입자 배열과 이동성 관점에서 설명해주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

염화 나트륨(NaCl)은 고체 상태와 수용액 상태에서 이온의 배열과 이동성에 차이가 있기 때문에 전기 전도성에서 큰 차이를 보입니다.

고체 상태의 NaCl은 나트륨 이온(Na⁺)과 염화 이온(Cl⁻)이 강한 정전기적 인력으로 서로 결합하여 규칙적인 격자 구조를 형성합니다. 이 격자 구조에서는 이온들이 단단히 고정되어 있어 자유롭게 움직일 수 없습니다. 전류는 전하의 이동을 통해 흐르는데, 고체 NaCl에서는 이온이 움직이지 못하므로 전류가 흐르지 않아 전기 전도성이 없습니다.

반면, NaCl을 물에 녹이면 극성을 가진 물 분자가 Na⁺와 Cl⁻ 이온을 서로 분리시켜 자유롭게 움직일 수 있는 상태로 만듭니다. 이때 수용액 속에는 독립적으로 존재하는 Na⁺와 Cl⁻ 이온이 전류가 흐를 때 각각 음극과 양극을 향해 이동하며 전하를 운반합니다. 따라서 NaCl 수용액은 전기가 잘 통하는 전해질 용액이 됩니다.

결국, 고체에서는 이온이 격자에 묶여 있어 이동성이 없고, 수용액에서는 자유 이온이 존재해 전류를 운반할 수 있기 때문에 전기 전도성의 차이가 나타나는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요.

염화 나트륨은 고체 상태에서 이온 결합 화합물을 이루는데요, Na⁺와 Cl⁻ 이온이 3차원 결정 격자를 이루며 매우 규칙적으로 배열되어 있습니다. 이 상태에서는 각 이온이 강한 정전기적 인력에 의해 자기 위치에 단단히 고정되어 있기 때문에, 외부에서 전압을 걸어도 이온들이 이동할 수 없습니다. 전류는 전하의 이동에 의해 나타나는데, 이동할 수 있는 입자가 없기 때문에 고체 상태에서는 전기가 흐르지 않는 것입니다.

반면 염화 나트륨을 물에 녹이면 물은 극성을 가진 분자이기 때문에 Na⁺와 Cl⁻ 이온을 둘러싸며 안정화시키고, 그 결과 결정 격자가 붕괴되면서 이온들이 각각 분리됩니다. 이렇게 수용액 상태가 되면 Na⁺와 Cl⁻ 이온은 더 이상 고정된 위치에 묶여 있지 않고, 물 속에서 자유롭게 이동할 수 있게 되는데요, 이때 외부에서 전기장을 걸어주면, 양이온인 Na⁺은 음극 쪽으로, 음이온인 Cl⁻은 양극 쪽으로 이동하게 되며, 이 이온들의 이동이 곧 전류를 형성하는 것입니다. 감사합니다.