염화 칼슘이 이온화되어 수용액이 되었을 때, 전기 전도성이 생기는 이유가 무엇인가요?

Question

여름철 옷장에 넣는 습기 제거제는 공기 중의 수증기를 흡수하여 스스로 녹는 '조해성'을 가지는데요. 이 과정에서 염화 칼슘이 이온화되어 수용액이 되었을 때, 전기 전도성이 생기는 이유를 이온 결합 물질의 특성과 연결하여 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

염화 칼슘은 대표적인 이온 결합 물질로, 고체 상태에서는 칼슘 이온과 염화 이온이 규칙적인 격자 구조 속에 단단히 고정되어 있어 자유롭게 움직일 수 없습니다. 따라서 고체 상태에서는 전류를 흐르게 할 수 없으므로 전기 전도성이 나타나지 않습니다. 그러나 여름철 옷장에 넣는 습기 제거제처럼 공기 중의 수증기를 흡수하여 녹게 되면, 염화 칼슘은 물에 이온화되어 Ca²⁺와 Cl⁻ 이온으로 분리됩니다. 이때 생성된 이온들은 수용액 속에서 자유롭게 이동할 수 있으며, 전극 사이에서 전하를 운반하는 역할을 하게 됩니다. 결국 이온 결합 물질은 고체 상태에서는 전도성이 없지만, 수용액 상태에서는 자유 이온이 존재하여 전류가 흐를 수 있게 되므로 전기 전도성을 띠게 되는 것입니다.

즉, 습기 제거제가 녹아 전도성을 가지는 이유는 이온 결합 물질의 본질적 특성인 “고체에서는 이온이 고정되어 있어 전류가 흐르지 못하지만, 수용액에서는 이온이 자유롭게 움직여 전류를 흐르게 한다”는 점과 직접적으로 연결됩니다.

Answer 2

안녕하세요.

이온결합 화합물인 염화칼슘은 고체 상태와 수용액 상태에서 전기 전도성의 유무가 달라지는데요, 이는 전하를 띤 입자가 실제로 이동할 수 있는지에 따라 달라지는 것입니다. 염화칼슘은 고체 상태에서는 Ca2+과 Cl− 이온들이 3차원 격자 구조로 결정을 형성하고 있는데요, 이 상태에서는 각각의 이온이 정전기적 인력에 의해 강하게 고정되어 있기 때문에, 비록 전하를 띠고 있더라도 이온이 이동할 수 없어 전류가 흐르지 않습니다.

그런데 여름철 습기 제거제에서 나타나는 조해성 현상을 보면, 염화칼슘은 공기 중의 수증기를 매우 잘 흡수하는데요, 이는 염화칼슘이 물 분자와 강하게 상호작용하는 높은 친수성을 갖기 때문입니다. 즉 물이 점점 흡수되면 고체 결정이 붕괴되면서 자연스럽게 수용액 상태로 전환되며, 이렇게 생성된 수용액에서는 더 이상 이온들이 고정되어 있지 않고, 용액 내에서 자유롭게 이동 가능한 상태가 되는 것입니다. 즉 전기 전도성이라는 것은 전하 운반을 통해서 나타나는데 금속에서는 자유전자에 의해 이루어진다면, 이온이 들어있는 이온 자체가 전하 운반자 역할을 하는 것입니다. 이때 외부에서 전압을 가하면, Ca2+이온은 음극 방향으로, Cl- 이온은 양극 방향으로 이동하면서 전류가 형성되는 것입니다. 감사합니다.