양이온과 음이온...2008.06

양이온과 음이온

 

양이온(Cation)

 

1가 양이온 : H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr,

 

2가 양이온 : Be, Mg, Ca , Sr, Ba, Ra,

 

3 가 양이온 : Sc, Y, Lu, Lr, La, Ac

 

음이온(Anion)

 

1가 음이온 : F, Cl, Br, I, At,

 

2가 음이온 : O, S, Se, Te, Po, Yb, No,

 

3가 음이온 : N, P, As, Sb, Bi, Tm, Md,

 

음이온은 정말 신비의 물질일까?

과학쟁이(2005/11) 이덕환(서강대, 화학과)

 

요즘 ‘음이온’ 때문에 야단이라고 합니다. 숲이나 폭포에 가면 기분이 상쾌해지는 것이 음이온 때문이라고 하지요? 그런 음이온이 우리 몸에 아주 좋다는 근거없는 소리를 너무 자주 듣다보면 정말 음이온이 좋다는 생각이 들기도 하는 모양입니다. 음이온을 만들어내는 공기 청정기와 정수기 때문에 떠들썩하더니, 이제는 음이온을 마구 쏟아내는 신비의 ‘팔찌’까지 등장했다고 하니 말입니다. 특히 운동 선수들이 그런 소문을 퍼뜨리는 주역이라고 합니다. 그런데 정말 음이온이 우리 몸에 좋은 것일까요?

 

양이온과 음이온은 언제나 함께 만들어져요

 

우리 주변의 모든 물질은 전기적으로 중성입니다. 물질을 이루는 원자는 가운데에 양전기를 띠는 원자핵과 그 주위를 돌고 있는 음전기를 띠는 전자로 이루어져 있습니다. 보통 물질은 원자핵의 양전기의 양과 전자의 음전기의 양이 같기 때문에 전기를 띠지 않아요. 다시 말해 원자나 분자에 들어 있는 양전기를 띠는 ‘양성자’의 수가 ‘전자’의 수와 정확하게 같다는 뜻입니다. 그런데 원자나 분자마다 주변에 있는 전자를 끌어당기는 정도가 조금씩 다릅니다. 노벨 화학상을 받은 미국의 화학자 라이너스 폴링은 이것을 ‘전기 음성도’라고 불렀습니다. 산소나 염소처럼 전기 음성도가 큰 원자들은 전기 음성도가 매우 작은 수소나 나트륨과 같은 원자에게서 강제로 전자를 빼앗아버리기도 합니다.

 

전기 음성도가 크게 다른 원자나 분자들이 서로 전자를 뺏고, 빼앗기면서 만들어지는 것이 바로 ‘이온’입니다. 전자를 빼앗긴 원자나 분자는 양전기를 띠는 ‘양이온’이 되고, 전자를 빼앗은 원자나 분자는 ‘음이온’이 되지요. 그러니까 양이온과 음이온은 언제나 함께 만들어질 수밖에 없습니다. 전자를 빼앗긴 원자나 분자가 있으면, 반드시 그 전자를 빼앗아간 원자나 분자가 있기 때문이지요. 이렇게 만들어지는 이온들은 본래의 원자나 분자와는 화학적, 물리적 성질이 전혀 다릅니다. 예를 들어 나트륨 원소는 아주 불안정해서 물과 격렬하게 반응하지만, 전자를 잃어서 만들어지는 나트륨 양이온은 매우 안정해서 물과 거의 반응을 하지 않습니다.

 

물은 이온들의 천국

 

이온이 결합해 만들어진 물질 가운데 가장 대표적인 것이 나트륨 양이온(Na+)과 염소 음이온(Cl-)으로 만들어진 소금(NaCl)입니다. 겉으로 보기에는 하얀 덩어리처럼 보이는 소금은 사실 서로 다른 전기를 띠는 양이온과 음이온이 교대로 늘어서서 만들어진 결정입니다. 양이온과 음이온 사이에는 서로 아주 강하게 끌어당기는 힘(인력)이 작용합니다. 그래서 소금처럼 이온이 모여서 만들어진 고체는 섭씨 1천도 이상으로 가열을 해야만 녹습니다.

 

그런데 이런 소금이 물에 들어가면 순식간에 녹아버립니다. 나트륨 양이온과 염소 음이온이 서로 뭉쳐 있는 것보다는 물 분자들 사이에 끼어 들어가는 것이 훨씬 안정하기 때문이지요. 실제로 물 분자는 강한 극성(분자 안에 부분적으로 양전기와 음전기를 띠는 성질)을 가지고 있어서 양이온과 음이온을 안정시켜주는 특별한 능력을 가지고 있습니다. 그래서 물은 이온들의 천국이지요. 물이 생명의 근원이라고 하는 것은 바로 그런 성질 때문입니다. 이것은 우리 몸에서 일어나는 화학 반응에서 수없이 많은 종류의 이온들이 필요하다는 뜻이기도 하지요.

 

음이온이 무조건 몸에 좋지는 않아요

 

원칙적으로 모든 원자와 분자는 전자를 얻어서 음이온이 될 수 있습니다. 이렇게 생긴 음이온의 종류는 무려 3천7백만 가지가 훨씬 넘습니다. 그런 음이온들 중에는 우리 몸에 필요한 것도 있지만, 우리 몸에 해를 주는 음이온들도 많습니다. 우리 몸에 노화를 일으키는 원흉으로 알려진 ‘활성 산소’가 그 예지요. 활성 산소는 ‘슈퍼옥사이드’라는 음이온이거든요. 그러니 음이온이 무조건 몸에 좋다는 광고는 사실일 수가 없지요.

 

더욱이 양이온이나 음이온은 공기 중에서는 쉽게 만들어지지 않습니다. 공기 중에 있는 기체 분자에 전자를 붙여서 음이온을 만들려면 많은 에너지가 필요하기 때문입니다. 숲이나 폭포에서 음이온이 많다는 주장도 사실이 아닙니다. 광고에 따르면 공기 1밀리리터에 수 천개의 음이온이 있다고 합니다. 그런데 공기 1밀리리터에 들어 있는 공기 분자의 수는 3천억 개의 억 배에 해당합니다. 3 다음에 0이 19개나 붙는 엄청난 수입니다. 아무리 좋은 첨단 장비를 사용한다고 해도 그렇게 많은 수의 공기 분자 속에 몇 천 개 들어 있는 음이온을 확인하기는 어렵기 때문입니다

음이온 맹신 말고 오존 위해성 주의해야

소비자시대(2008/06) 이덕환(서강대, 화학, 과학커뮤니케이션)

 

언젠가부터 '음이온'이 만병통치의 기능을 가진 신비의 물질로 알려지기 시작했다. 참으로 어처구니없는 일이다. 고등학교의 화학만 돌이켜 보더라도 그런 엉터리 상술에 속아넘어가지는 않을 것이기 때문이다. 단순히 어렵게 모은 돈만 낭비하는 것이 아니다. 음이온에 대한 무분별한 믿음은 무엇보다 소중한 우리의 건강을 망쳐버릴 수도 있는 위험천만한 일이다.

 

우선 음이온은 음(陰)전하를 가진 화학종을 가리키는 일반명사다. 그래서 음이온이 우리에게 좋다는 주장을 하려면 음이온의 종류를 분명하게 밝혀주어야 한다. '모든' 음이온이 좋다는 주장은 '모든' 사람은 착하다는 주장만큼이나 엉터리가 될 수밖에 없다. 실제로 우리에게 심각한 피해를 주는 음이온도 많다. 우리 몸에서 잘못 만들어져서 암과 노화를 일으킨다고 알려져 있는 '슈퍼옥사이드'도 음이온이다.

 

공기 중에 음이온이 대단히 많다는 주장도 엉터리다. 대부분의 광고에서는 공기 1세제곱센티미터에 2천 개의 음이온이 만들어진다고 요란스럽게 주장한다. 그러나 같은 부피에 들어있는 질소와 산소 분자의 수는 무려 3천경(京) 개나 된다. 고등학교에서 배운 화학 교과서에서 쉽게 확인할 수 있는 사실이다. 그런 정도로 들어있는 음이온의 수를 헤아릴 수 있는 방법은 어디에서도 찾을 수 없다. 해수욕장에 떨어진 바늘을 찾는 것보다 더 어려운 일이다.

 

공기청정기나 에어컨에 붙어있는 음이온 발생장치는 사실 전기 방전을 이용해서 '오존'을 만들어내는 장치다. 언제나 그렇듯이 오존도 잘 사용하면 도움이 된다. 비릿한 냄새를 가진 오존은 세균을 죽이고, 냄새를 없애는 기능이 있다. 요즘 음식점에서 흔히 볼 수 있는 컵 소독기는 자외선 형광등을 이용해서 오존을 발생시키는 장치다. 정육점의 진열대에서도 오존을 사용한다. 화학적 반응성이 큰 오존이 세균이나 냄새를 가진 분자를 파괴하기 때문이다.

 

그런 오존도 농도가 너무 높아지면 문제가 된다. 눈이나 호흡기 점막처럼 연약한 신체 부위가 가장 먼저 영향을 받는다. 특히 면역력이 충분하지 못한 어린아이와 노약자가 문제가 된다. 결코 가볍게 여길 일이 아니다. 실제로 그런 위험을 경험한 사례가 언론에 보도되기도 했다.

 

따가운 햇볕이 내리쬐는 뜨거운 여름날 오존 경보를 발령하는 것도 자동차 배기가스에서 만들어진 오존 때문이다. 만약 방안에서 비릿한 오존 냄새가 느껴질 정도면 매우 위험한 수준이다. 해결책은 간단하다. 음이온 발생장치를 끄고 환기를 시켜주면 된다. 자동차의 내장재는 오존에 특히 약하다. 시간이 지나면 폴리우레탄 내장재가 힘없이 부서져버릴 수도 있는 일이다. 요즘 자동차에 부착된 공기청정기를 사용할 때는 특별히 환기에 신경을 써야 한다. 자칫하면 승객과 자동차가 모두 피해를 입을 수 있다.

 

 

[이덕환 서강대 자연과학부 교수·화학/과학커뮤니케이션]