물과 전기의 관계. 순수한 물에는 전기가 통하지 않는다? (전기의 기초지식)

'이온'을 이해하기 위해서는 '물'이라는 것에 대한 이해가 필요합니다.

물의 구성

물은 아시다시피 H2O입니다. 우선 이것을 분해해 갑시다. 수소원자는 양성자 1개, 전자 1개로 구성되어 있습니다. 그러나 전자각의 가장 안쪽의 K각은 전자가 두 개 들어갈 공간이 마련되어 있습니다. 이 K각에 하나의 여유가 있기 때문에
이 상태로는 불안정한 상태입니다.

거기에 또 다른 수소원자가 나타나 전자를 공유함으로써 K각이 메워져 안정할 수 있게 됩니다. 이 전자각을 공유함으로써 결합하는 것을
'공유결합'이라고 합니다. 따라서 일반적으로 수소는 단체(単体)에서는 분자로 존재합니다.

산소원자

산소는 전자각의 최외각에 두 개의 여유가 있습니다. 수소처럼 그대로는 안정될 수 없기 때문에 원자가 2개 결합하여 산소분자 O2, 3개가 결합하여 오존 O3 등 이산화탄소 등 다양한 원소와 결합함으로써 안정됩니다. 이 산소원자에 수소원자가 붙으면 서로의 전자를 공유함으로써 안정되고 H2O = 물분자가 됩니다.

물분자를 보면, 수소는 산소에게 전자를 빼앗긴 양상이고 산소는 수소로부터 전자를 받고 있습니다. 전자가 산소에 치우쳐 있으므로 수소는 전자의 영향이 없어져 (+)로 대전하고 산소는 전자를 2개 얻은 결과 (-)로 대전합니다

따라서 물분자는 분자 자체에 극성을 가집니다. 이것을 '극성'이라고 합니다. 이어 물분자가 2개 있는 상황을 이미지해 봅니다. 물분자에 (+)와 (-)의 극성이 있다는 것은 다른 극성끼리는 끌어당김이 발생합니다. 수소 부분은 산소 부분에, 산소 부분은 수소 부분에 결합합니다. 이와 같이
수소를 통해 결합하는 것을 '수소결합'이라고 합니다. 결합이라고 부르기에는 그 힘이 그리 강하지 않기 때문에 '분자간력'이라고도 합니다.

클러스터

물분자의 뭉침을 '클러스터'라고 합니다. 수소결합의 힘이 약하기 때문에 물속에서는 물분자끼리 붙고 떨어지기를 반복하므로 이 클러스터의 크기가 끊임없이 변화합니다.

여담입니다만, 얼음이 물에 뜨는 이유는 이 클러스터가 관련되어 있습니다. 물이 액체인 경우에는 물분자가 돌아다니고 있으므로 클러스터가 변화하고, 서로의 간극을 채우기 때문에 밀도가 높습니다.

한편, 물을 식어가면 물분자의 움직임이 둔해지고,
클러스터에 틈이 만들어진 채로 얼어붙습니다.
틈새가 많이 있어서 밀도가 낮아지고 부피는 커집니다. 그 때문에 밀도가 낮은 얼음은 밀도가 높은 물에 뜨고 부피도 커지는 것입니다.

물은 전기가 잘 통한다

물은 전기가 잘 통합니다. 그러나 순수한 물은 전기를 통과시키지 않습니다. 전기는 자유전자의 이동인데, 순수한 물은 수소와 산소의 공유결합이 강해서 전자가 결합의 속박에서 벗어날 수 없습니다. 전자가 움직일 수 없기 때문에 전기가 통할 수 없습니다.

출처 참조 번역
· Wikipedia
· 水と電気の関係。純水は電気を通さない？
https://alllearnhobby.com/archives/232.html