다원자 이온이란 무엇일까요?

전하를 띤 원자 집단

다원자 이온 안에서 원자들은 물 분자를 하나로 묶는 것과 같은 종류의 결합인 공유 결합으로 붙들려 있습니다. 집단 전체의 전자가 양성자보다 많거나 적어서 알짜 전하를 가집니다. 전하는 한 원자가 아니라 이온 전체에 속하므로, SO₄²⁻처럼 완전한 화학식의 오른쪽 위에 씁니다. Na⁺와 Cl⁻처럼 원자 하나로 된 이온은 단원자 이온이라고 합니다.

화합물에서 다원자 이온은 하나의 이온처럼 행동합니다. 질산 나트륨(NaNO₃)에서 나트륨 이온(Na⁺)과 질산 이온(NO₃⁻)은 이온 화합물을 이루며, 이 염이 물에 녹을 때 각 질산 이온은 하나의 단위로 그대로 유지됩니다.

흔한 다원자 이온과 그 전하

−1 전하를 띠는 이온으로는 수산화 이온(OH⁻), 질산 이온(NO₃⁻), 아질산 이온(NO₂⁻), 탄산수소 이온(HCO₃⁻), 아세트산 이온(CH₃COO⁻), 과망가니즈산 이온(MnO₄⁻), 사이안화 이온(CN⁻), 염소산 이온(ClO₃⁻), 과염소산 이온(ClO₄⁻)이 있습니다.

−2 전하를 띠는 이온으로는 탄산 이온(CO₃²⁻), 황산 이온(SO₄²⁻), 아황산 이온(SO₃²⁻), 크로뮴산 이온(CrO₄²⁻), 다이크로뮴산 이온(Cr₂O₇²⁻), 과산화 이온(O₂²⁻)이 있습니다. 인산 이온(PO₄³⁻)은 가장 흔한 −3 이온입니다. 가장 자주 만나게 될 두 양이온은 암모늄 이온(NH₄⁺)과 하이드로늄 이온(H₃O⁺)이며 둘 다 +1입니다.

수산화 이온, 사이안화 이온, 과산화 이온은 원자를 둘 이상 포함하는데도 이름이 '-화 이온'으로 끝난다는 점에 주목하세요. 대부분의 '-화 이온'이라는 이름은 염화 이온(Cl⁻)과 산화 이온(O²⁻)처럼 원자 하나로 된 이온에 붙으므로, 이들은 예외로 외워 둘 만합니다.

'-산'과 '아-산'의 규칙

많은 다원자 이온은 한 원소가 산소와 결합한 옥소산 음이온입니다. 한 원소가 전하가 같은 이런 이온을 두 가지 만들 때, 산소 원자가 더 많은 쪽은 '-산 이온(-ate)', 산소 원자가 하나 적은 쪽은 '아-산 이온(-ite)'이라고 합니다. 질산 이온은 NO₃⁻이고 아질산 이온은 NO₂⁻이며, 황산 이온은 SO₄²⁻이고 아황산 이온은 SO₃²⁻입니다. 전하는 그대로이고 산소 원자의 수만 달라집니다.

염소는 네 가지 이온의 계열을 만들며, 여기에는 접두사 두 개가 더해집니다. 과-(per-)는 '-산 이온'보다 산소가 하나 더 많다는 뜻이고, 차아-(hypo-)는 '아-산 이온'보다 산소가 하나 적다는 뜻입니다. 과염소산 이온(ClO₄⁻), 염소산 이온(ClO₃⁻), 아염소산 이온(ClO₂⁻), 차아염소산 이온(ClO⁻)이 있으며, 차아염소산 이온은 가정용 표백제에 들어 있는 이온입니다. 브로민과 아이오딘도 브로민산 이온(BrO₃⁻), 아이오딘산 이온(IO₃⁻), 과아이오딘산 이온(IO₄⁻)처럼 같은 규칙을 따릅니다.

수소 더하기

음이온인 다원자 이온에 수소 이온(H⁺)을 더하면 음전하가 하나 줄어든 새 이온이 됩니다. 탄산 이온(CO₃²⁻)은 탄산수소 이온(HCO₃⁻)이 되고, 황산 이온(SO₄²⁻)은 황산수소 이온(HSO₄⁻)이 됩니다. 인산 이온은 한 개 또는 두 개를 받을 수 있습니다. PO₄³⁻는 인산수소 이온(HPO₄²⁻)이 되고, 그다음 인산이수소 이온(H₂PO₄⁻)이 됩니다.

베이킹 소다는 탄산수소 나트륨(NaHCO₃)으로, Na⁺ 하나가 HCO₃⁻ 하나와 균형을 이룹니다.

다원자 이온으로 화학식 쓰기

이온 화합물의 화학식을 쓰려면 전체 전하가 0이 되도록 이온을 조합하고 양이온을 먼저 씁니다. 다원자 이온이 둘 이상 필요하면 괄호로 묶고 그 뒤에 숫자를 씁니다. 이온 안의 아래첨자는 절대 바꾸지 마세요. 다른 이온이 되어 버립니다.

수산화 나트륨: Na⁺와 OH⁻는 1:1로 균형을 이루므로 화학식은 NaOH입니다. 질산 칼슘: Ca²⁺에는 NO₃⁻ 두 개가 필요하므로 Ca(NO₃)₂입니다. 황산 암모늄: NH₄⁺ 두 개가 SO₄²⁻ 한 개와 균형을 이루어 (NH₄)₂SO₄가 됩니다. 황산 알루미늄: Al³⁺ 두 개(합계 +6)가 SO₄²⁻ 세 개(합계 −6)와 균형을 이루어 Al₂(SO₄)₃가 됩니다.

화합물의 이름은 음이온을 먼저 쓰고 양이온을 나중에 씁니다. CaCO₃는 분필과 석회암의 주성분인 탄산 칼슘이고, KMnO₄는 과망가니즈산 칼륨입니다.