이온에서 원자가 전자를 말할 수 있나요

Question

이온에서도 원자가 전자를 말할 수 있는 건가요? 오직 원자에서만 원자가 전자를 말할 수 있는 건가요? 관련 자료도 있으면 부탁드립니다

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

이온 상태에서도 원자가 전자라는 개념을 충분히 사용할 수 있습니다. 원자가 전자의 본질적인 정의가 가장 바깥쪽 전자 껍질에 존재하며 화학 반응에 관여할 수 있는 전자를 의미하기 때문입니다. 다만 원자가 이온으로 변하면 전자의 개수 자체가 달라지므로, 중성 원자일 때와 이온일 때의 원자가 전자 수는 다르게 계산됩니다.

예를 들어 나트륨 원자는 가장 바깥 껍질에 1개의 전자를 가지고 있어 원자가 전자가 1개입니다. 하지만 이 전자를 잃고 나트륨 이온이 되면, 그 안쪽에 있던 전자 껍질이 가장 바깥 껍질이 되면서 8개의 전자를 가지게 됩니다. 반대로 염소 원자는 원자가 전자가 7개이지만, 전자 하나를 얻어 염화 이온이 되면 가장 바깥 껍질의 전자가 8개가 되어 안정적인 상태를 이룹니다. 이처럼 이온의 원자가 전자를 파악하는 것은 해당 이온이 얼마나 안정적인 전자 배치를 형성했는지 이해하는 데 중요한 지표가 됩니다.

​물론 교육 과정이나 일반적인 화학 문제에서는 혼란을 방지하기 위해 주기율표상의 중성 원자를 기준으로 원자가 전자 수를 묻는 경우가 많습니다. 하지만 학문적으로는 이온 역시 고유의 전자 배치를 가진 입자이므로, 현재 상태에서 가장 바깥에 있는 전자를 원자가 전자로 지칭하는 데 아무런 문제가 없습니다. 결국 이 개념은 원자에 국한된 것이 아니라, 입자가 가진 전자의 층위와 반응성을 설명하기 위한 보편적인 도구라고 볼 수 있습니다.

Answer 2

안녕하세요.

이온에서도 원자가 전자를 정의할 수 있는데요, 원자가 전자는 중성 원자에만 한정된 개념이 아니라, 그 종의 가장 바깥 전자껍질에 존재하며 화학 결합에 관여할 수 있는 전자이기 때문입니다. 우선 원자가 전자는 원자가 전자로서 가장 바깥 껍질의 전자라는 물리적 정의를 가지며, 이는 이온이 되더라도 여전히 유효한데요, 단지 이온은 전자를 잃거나 얻은 상태이기 때문에, 원자가 전자의 개수가 변할 뿐입니다. 예를 들어 나트륨은 중성 원자 Na는 전자배치가 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹로, 원자가 전자는 3s에 있는 1개인데요, Na⁺ 이온이 되면 3s 전자를 잃어서 1s² 2s² 2p⁶ 상태가 되며, 이때 가장 바깥 껍질은 n=2 껍질이 되고 그 안에 8개의 전자가 존재합니다. 즉, 이온에서도 여전히 가장 바깥 껍질 전자를 원자가 전자로 볼 수 있지만 이미 안정한 전자배치라서 화학 반응성은 크게 줄어듭니다. 염소의 경우에 중성 Cl은 원자가 전자가 7개지만, Cl⁻ 이온이 되면 전자를 하나 더 받아 8개가 되며 안정한 상태를 이루는데요, 이처럼 이온에서도 원자가 전자는 계속 정의되지만, 이미 안정한 전자껍질을 이루면 반응에 참여하는 전자로서의 의미는 약해집니다. 감사합니다.