원자의 구조
이온과 플라스마의 상태에 영향을 주는 것은 전자의 상태입니다. 원자는 물질을 구성하고 있는 것들 중 가장 작은 단위가 되는 것입니다. 원자는 원자핵과 마이너스의 전하를 가진 전자로 되어 있고, 원자핵은 플러스 전하를 가지는 양성자와 전하가 없는 중성자로 되어 있습니다.
원자 번호
양성자의 수를 원자 번호라고하며 전하를 갖지 않는 원자에 있어서는 원자 번호는 전자의 수 와 같다.양성자와 중성자의 합계수를 질량수라고 부릅니다. 또한 동일한 원자라도 중성자의 수가 다른 것이 그것을 동위 원소라고 합니다. 전자껍질을 나타내는데 일반적으로 평면도를 사용하지만 실제 전자의 움직임은 입체입니다.
전자의 궤도와 전자의 수용수
전자의 수와 궤도는 원소에 의해 정해져 있습니다.원자핵의 안쪽부터 K, L, M, N… 과 같은 알파벳 순서로 되어 있습니다.
가장 안쪽의 K껍질에는 전자가 2개 들어갑니다.다음 L껍질에는 8개의 전자가 들어갑니다. 각각의 껍질에 따라 전자를 넣는 수가 정해져 있고, 그 이상의 전자의 수는 넣지 않습니다. 그리고 일부 전자가 어떤 에너지를 받아 원자에서 튀어나와 자유롭게 움직입니다. 이 전자를 자유전자라고 합니다. 원자 주위의 전자는 안쪽 껍질부터 차례로 가득 차게 됩니다.
그리고 원자가 가진 화학적 성질은 가장 바깥쪽 껍데기에 들어 있는 전자의 수에 의해 결정됩니다.원자의 가장 바깥쪽 껍데기가 전자의 수용 수로 채워져 있을 때는 원자가 안정되어 있습니다.
이온의 상태란
일반 상태일 때의 원자는 원자핵 플러스와 전자의 마이너스가 있고 전기적으로는 중성 상태입니다.그러나 원자에게 외부로부터 어떠한 자극이 주어지면 그 에너지에 의해 전자가 밖으로 방출되거나 받거나 할 수 있습니다. 이렇게 되면 지금까지 전기적으로는 중성이었던 원자에서 마이너스인 전자가 튀어나와 플러스를 띤 상태가 됩니다. 반대로 전자를 집어넣은 원자의 경우 마이너스를 띤 상태가 됩니다. 이런 원자 상태를 이온이라고 부릅니다. 따라서 이온에는 플러스 전하를 가진 양이온과 마이너스의 전하를 가진 '음이온'이 있습니다. 이온이라는 호칭은 마이클 패러데이라는 영국의 화학자 및 물리학자가 지었습니다.
나트륨 이온
나트륨은 원자번호가 11인 원소입니다.M 껍데기에 있는 전자가 어떤 에너지를 받아 튀어나오면 양이온이 되어 안정된 나트륨 이온이 됩니다.
염소 이온
염소는 원자번호가 17인 원소입니다.M 껍데기에 외부에서 전자를 받으면 음이온이 되고 염소 이온이 됩니다.
이온화 추세
전자가 이동하면 전류가 흐르는데, 전하를 띠고 있는 원자나 분자(즉 이온 상태)가 이동해도 전류가 흐르게 됩니다. 물이 든 용기에 전선을 넣어 전류를 흘릴 때, 그대로는 전류가 잘 흐르지 않아도 소금물을 넣으면 전류가 잘 흐릅니다. 이는 소금이 물에 녹았을 때 소금(NaCl)이 나트륨 이온과 염소 이온으로 나뉘면서 전기가 통하기 쉬워졌기 때문입니다. 이온을 사용한 기술은, 전지(리튬 이온 전지 등), 전기 투석(탈염·살균), 바이오 기술 등에 사용되고 있습니다.
플라스마란
기체 분자 상태에서 원자핵과 전자가 뿔뿔이 흩어져 움직이는 상태를 플라스마 상태라고 합니다. 기체 분자가 플러스 전하를 가지고 있는 이온과 음전하를 가진 전자로 분리(전리)되어 있으며, 각각이 따로 움직이고 있고, 게다가 전체적으로는 전기적으로 중성이 되어 있습니다. 이렇게 양이온과 전자가 혼합되어 있는 기체를 플라스마라고 부릅니다. 플라스마를 만들기 위해서는 기체를 수만도 이상의 초고온화 함으로써 만드는 경우와 기체에 고전압을 가함으로써 만드는 경우가 있습니다. 북극 등에서 관측되는 오로라는 태양에서 방사된 플라스마 입자(태양풍)가 대기 중의 산소나 질소 입자와 충돌하면서 생기는 것입니다. 플라스마를 사용한 기술은 형광등, 아크 용접기, 플라스마 커터, 플라스마 디스플레이 등에 사용되고 있습니다.