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금속의 이온화 경향과 반응성 비교


It's Java 구리판을 질산은에 담글 때 나타나는 반응을 통하여, 우리는 금속의 이온화 경향을 이해할 수 있습니다.



왜 구리가 이온으로 떨어져 나올까요?
질산은과 구리선의 반응 질산은(AgNO3) 용액에 구리선(Cu)을 넣으면 구리(Cu)는 이온 상태(Cu2+)로 수용액에 녹아 들어가며 그 대신, 이온 상태의 은(Ag+)이 순수한 물질(Ag)로서 환원됩니다.
첨가되는 구리 이온(Cu2+)으로 인하여, 용액의 색깔이 파랗게 변합니다.
(Chemistry - The Central Science)

구리는 은보다 이온화하려는 경향이 강하므로, 구리는 이온화 하기 위하여 은을 환원시킵니다.

Cu + 2Ag+ → Cu2+ + 2Ag
또는
Cu + 2AgNO3 → Cu(NO3)2 + 2Ag

금속이 전자를 잃는다 = 금속이 이온화 한다 = 금속이 산화되었다

위의 셋 모두 다 같은 말입니다.

안정된 금속은 (예를들면 금, 은 등)
→전자를 잃으려 하지 않고, 가능하면 순수한 상태로 계속 존재하려 한다.

불안정한 금속은 (예를들면 나트륨, 칼륨, 칼슘 등)
→빨리 전자를 잃고 이온상태로 존재하려 한다.

이온화 에너지 원소 번호에 따른 이온화 에너지의 비교.
이온화 에너지가 낮을 수록 전자를 떼어 내기 쉬우므로, 이온화하기 쉽습니다.


금속의 이온화 경향 순서와 특징

← K - Ca - Na - Mg - Al - Zn - Fe - (H) - Cu - Ag - Au →
쉽다 ←
어렵다 ←
낮다 ←
강염기성을 띤다 ←
이온화 하기
환원 되기
안정성
산화물은
→ 어렵다
→ 쉽다
→ 높다
→ 산화 되기도 어려움


올림픽 우승자에게 금메달을 주는 이유는

예로 부터 금은 순수한 형태로 산출되는 몇 안되는 금속이었습니다. 그것은 따로 특별한 가공을 하지 않아도 쉽게 원하는 모양을 만들수 있었습니다. 그리고 몇십년이 지나도 변하지 않는 금의 가치는 높을 수 밖에 없었습니다.

그 다음으로 쉬 변하지 않는 금속은 은(Ag), 그리고 그 다음은 동(구리; Cu) 순서가 됩니다.


음극화 보호 (Cathodic protection)

금속의 산화·환원 반응을 이용하면 땅 속에 묻혀 있는 철 파이프나 주유소의 기름 탱크를 보호할 수 잇습니다. 땅 속에 마그네슘(또는 아연)판을 묻고 구리선으로 파이프나 탱크와 연결해 놓으면, 철보다 이온화 경향이 큰 마그네슘이 먼저 산화되므로 파이프나 탱크를 보호할 수 있습니다.
(Chemistry - The Central Science)

Mg → Mg2+ + 2e-
Fe2+ + 2e- → Fe
음극화 보호

이와 같은 현상을 음극화 보호라고 합니다. 물론 마그네슘이나 아연 덩어리는 일정한 시기마다 교체해야 하지만 탱크를 새로 바꾸는 것보다는 경제적입니다.

금속관의 부식 미국 North Carolina 해변가에 버려진 녹슨 철파이프.
금속관의 부식 현상은 전자가 빠져나가는 산화에 의한 것입니다.
미국에서는 매년 부식된 금속관의 교체 작업으로 700억 달러의 돈을 쓴다고 합니다.
(Chemistry - The Central Science)