염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl₂)을 물에 녹였을 때, 어떤 용액이 더 높은 전기전도도를 가지나요?

Question

염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl₂)을 물에 녹였을 때, 어떤 용액이 더 높은 전기전도도를 가지는지 설명하고, 그 이유를 이온의 수와 전하량 관점에서 설명해 주세요~

Answer 1

안녕하세요.

질문해주신 염화나트륨과 염화칼슘을 같은 온도 조건에서 같은 농도로 물에 녹였다고 가정해본다면, 일반적으로 염화칼슘 용액의 전기 전도도가 더 높습니다. 이는 용액 속에서 생성되는 이온의 수와 각 이온이 가지는 전하량의 차이 때문입니다. 우선 염화나트륨의 경우 물에 녹으면 Na⁺와 Cl⁻로 해리되어 한 분자당 총 2개의 이온을 생성하는 반면에 염화칼슘 용액은 Ca²⁺와 2Cl⁻로 해리되므로 한 분자당 총 3개의 이온을 생성합니다. 즉, 동일한 몰농도라고 했을 경우에 염화칼슘 용액이 염화나트륨 용액보다 더 많은 이온 입자를 포함하게 됩니다. 전기전도도는 기본적으로 용액 내에서 전하를 운반할 수 있는 입자의 수가 많을수록 증가하기 때문에 염화칼슘 용액이 더 유리합니다.

또한 전하량 측면에서 봤을 때에도, 염화나트륨의 경우에는 모두 1가 이온이 형성되지만, 염화칼슘 용액의 경우에는 2가 양이온이 존재하는데요, 이처럼 더 큰 전하를 가진 이온은 전기장 하에서 더 많은 전하를 운반할 수 있기 때문에 전류 형성에 더 크게 기여할 수 있습니다. 다만 칼슘 이온의 경우 전하가 크기 때문에 물 분자와의 상호작용이 강해 이동 속도는 나트륨 이온보다는 다소 느릴 수 있는데요, 그럼에도 불구하고 전체적으로는 이온 수 증가 효과와 전하량 증가 효과가 더 크게 작용하기 때문에 결과적으로 염화칼슘 용액의 전기전도도가 더 높게 나타난다고 보시면 되겠습니다. 감사합니다.

Answer 2

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

염화나트륨(NaCl)과 염화칼슘(CaCl₂)을 물에 녹였을 때 전기전도도의 차이는, 용액 속에서 생성되는 이온의 수와 이온이 지닌 전하량에 의해 설명할 수 있습니다.

NaCl은 물에 녹으면 Na⁺와 Cl⁻ 두 종류의 이온으로 해리됩니다. 따라서 1몰의 NaCl이 녹을 때 총 2개의 이온이 생성되며, 이들은 모두 1가 이온으로 전하량이 ±1입니다. 이온의 수가 적고 전하량도 상대적으로 작기 때문에 전류를 운반하는 능력이 제한적입니다.

반면 CaCl₂는 물에 녹으면 Ca²⁺와 Cl⁻ 두 종류의 이온으로 해리되는데, 이때 1몰의 CaCl₂는 Ca²⁺ 1개와 Cl⁻ 2개, 즉 총 3개의 이온을 생성합니다. 특히 Ca²⁺는 2가 이온으로 전하량이 ±2이므로, 같은 농도에서 더 큰 전하를 운반할 수 있습니다. 따라서 CaCl₂ 용액은 NaCl 용액보다 더 많은 이온을 제공하고, 더 높은 전하량을 가진 이온을 포함하기 때문에 전기전도도가 더 높습니다.

결론적으로, CaCl₂ 용액이 NaCl 용액보다 전기전도도가 크다는 것은 이온의 수가 많고, Ca²⁺와 같은 다가 이온이 존재하여 전류 전달 능력이 강화되기 때문입니다.