왜 완전히 순수한 물은 전기가 거의 통하지 않을까요?

Question

안녕하세요. 왜 완전히 순수한 물은 전기가 거의 통하지 않을까요? 물은 전기를 잘 통한다고 생각하기 쉽지만, 사실은 이온이 있어야 전기가 흐릅니다. 이온은 어떻게 생성되는 것이며 순수한 물에서도 아주 약한 이온화가 일어날지 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요.

물이 전기를 잘 통한다고 흔히 생각하는 이유는 우리가 일상에서 접하는 물이 대부분 수돗물이나 강물처럼 여러 가지 이온이 녹아 있는 상태이기 때문입니다. 그러나 화학적으로 거의 완전히 정제된 순수한 물, 즉 불순물이 거의 제거된 초순수는 전기를 거의 통하지 않습니다.

금속에서는 자유전자가 이동하면서 전류가 흐르지만, 액체에서는 주로 이온이 이동하면서 전류가 흐르는데요 즉, 물 자체가 전기를 운반하는 것이 아니라 물속에 존재하는 양이온과 음이온이 전기장에 의해 이동하면서 전하를 전달하는 것입니다. 우리가 마시는 물에는 나트륨 이온, 칼슘 이온, 염화 이온 등 다양한 전해질이 녹아 있어 이들이 전류를 운반합니다. 하지만 이런 이온이 제거된 순수한 물에는 전하를 띤 입자가 거의 없기 때문에 전류가 흐르기 어렵습니다.

하지만 순수한 물에는 이온이 전혀 없는 것은 아닙니다.물 분자는 스스로 아주 약하게 이온화되며 이를 물의 자동 이온화 또는 자가 해리라고 부릅니다. 두 개의 물 분자가 반응하여 하나는 수소 이온을 내놓고 다른 하나는 이를 받아 수산화 이온이 되며 보다 정확히는 자유로운 H⁺가 아니라 하이드로늄 이온의 형태로 존재합니다.

이온은 어떻게 생성되느냐는 질문에 대해서는, 기본적으로 분자 내부의 전자 분포와 열에너지에 의해 설명할 수 있습니다. 물 분자는 극성을 가지며 산소 쪽이 부분적으로 음전하를, 수소 쪽이 부분적으로 양전하를 띠는데요 이러한 극성과 수소결합 네트워크 속에서 열적 요동이 일어나면 아주 일부 분자들이 양성자를 주고받아 이온이 형성되는 것입니다. 감사합니다.