순수한 물은 전기를 통과시키지 않는다?

물이란 H2O로 이것을 분해해 봅시다.

수소원자는 양성자 1개, 전자 1개로 구성되어 있습니다. 그러나 전자껍질의 가장 안쪽의 K껍질에는 전자가 두 개 들어가는 공간이 있습니다. 이 K껍질에 하나 빈 공간이 있기 때문에 이대로는 불안정한 상태입니다.

거기에 또 하나의 수소원자가 나타나 전자를 공유함으로써 K껍질이 채워져 안정적이게 될 수 있게 됩니다. 이 전자껍질을 공유함으로써 결합하는 것을 '공유결합'이라고 합니다. 따라서 일반적으로 수소는 단독으로는 분자로 존재합니다.

이어 산소원자는 전자껍질의 최외각에 두 개의 여유공간이 있습니다. 수소와 마찬가지로 그대로는 안정적이지 않기 때문에 원자가 2개 붙어 산소분자 O2, 3개로 오존 O3 등으로 존재합니다. 그 외 이산화탄소 등 다양한 원소와 붙어서 안정적이게 됩니다.

이 산소원자의 틈새에 수소원자가 붙으면 서로의 전자를 공유하면서 안정되어 물분자(H2O)가 됩니다.

그러나 여기서 하나 신경이 쓰이는 것이 양성자는 (+), 전자는 (-)의 전하를 가지고 있는데 물분자를 보면 수소는 산소에 전자를 빼앗긴 모습입니다. 그렇다는 것은 전자가 산소 측에 치우쳐져 버리기 때문에 수소는 전자의 영향이 없어져 (+)로 대전합니다. 산소는 전자를 2개 받음으로써 (-)에 대전하면서 물분자는 분자 자체가 극성을 갖는 것이 됩니다. 이것을 '극성분자'라고 합니다.

물분자에 (+)와 (-)의 극성이 있다는 것은 다른 극성끼리는 끌어당기는 현상이 일어납니다. 수소 부분은 산소 부분으로, 산소 부분은 수소 부분으로 서로 끌어당기는 현상은 수소가 물분자를 결합시키는 것처럼 보입니다. 이와 같이 수소를 통해 결합하는 것을 '수소결합'이라고 합니다. 결합이라고 부르기에는 그 힘은 그다지 강하지 않기 때문에 분자간 힘이라고도 불립니다.

이 물분자의 집합을 '클러스터'라고 부릅니다.
수소결합의 힘은 약하기 때문에 물 속에서는 물분자끼리가 붙어 있거나 멀어지기를 반복해 이 클러스터의 크기가 끊임없이 변화하고 있습니다.

여담이지만 얼음이 물에 떠 있는 이유는 이 클러스터가 관련되어 있습니다. 물이 액체일 때는 물분자가 돌아다니기 때문에 클러스터가 변화하고 서로의 틈을 메우므로 밀도가 높습니다.

한편 물이 식어 가면 물분자의 움직임이 멈추고 클러스터에 틈을 만든 채 얼어붙습니다. 틈이 많이 있으므로 밀도가 낮아지고 부피가 커집니다. 그 때문에 밀도가 낮은 얼음은 밀도가 높은 물에 뜨고 체적도 커지는 것입니다.

마지막으로 물은 전기를 잘 통과시킵니다. 그러나 순수한 물은 전기를 통과시키지 않습니다. 전기는 자유전자의 이동인데 순수한 물은 수소와 산소의 공유결합이 강하고 전자가 결합의 속박에서 벗어날 수 없습니다. 전자가 움직일 수 없기 때문에 전기를 통과시키지 못합니다.

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