물의 이온화 : 하이드록실 라디칼(•HO), 수산화물이온(OH-)

하이드록실 라디칼(•HO)과 수산화물이온(OH-)은 화학적으로 밀접한 관련이 있지만, 그 성질과 역할은 크게 다릅니다.

두 물질 모두 산소와 수소로 구성되어 있지만 전자의 유무와 배치로 서로 다른 화학적 특성을 나타냅니다.

1. 특성

가. 하이드로실 라디칼 (•HO)

중성을 띠며 홀전자를 가진 상태로 매우 불안전한 상태이며  반응성이 높은 산화제입니다. 

이는 화학 반응에서 강력한 산화작용을 수행하며, 환경 정화 특히 수처리에서 고급산화공정으로 활용됩니다.

예를 들어 펜톤 산화 반응에서 생성되는 주요 라디칼로서 오염물질 분해에 중요한 역할을 합니다.

<주요 역할>

• 유기물의 산화 : 물질을 분해하거나 변형시킴
• 수질정화 : 오염물질 제거
• 생물학적 영향 : DNA 손상, 세포 스트레스 유발

<생성>

• 주로 펜톤 반응이나 자외선 광분해 과정에서 생성

나. 수산화물 이온 (OH-)

음전하를 띠며 옥탯규칙을 만족하여 안정적인 염기성 이온입니다.

이는 물의 이온화 또는 염기성 화합물의 해리를 통해 생성되며, 주로 산-염기 중화반응이나 pH 조절에서 중요한 역할을 합니다.

<주요 역할>

• 염기성 화학반응 : 산을 중화시키는 역할
• 생물학적 기능 : 생체내 pH 조절
• 산업적 활용 : 화학 합성, 폐수처리

<생성>

• 물의 이온화, 염기성 물질의 해리

2. 물(H2O)의 이온화 : 하이드록실 라디칼과 수산화물 이온의 생성

3. 안정성과 불안정성의 차이

• 수산화물 이온(HO-)은 수소원자가 자신의 전자를 두고 떠났기 때문에 추가 전자로 옥탯 규칙을 만족하여 안정적인 상태로 존재합니다/
• 하이드록실 라디킬(•HO)은 수소원자가 자신의 전자를 가지고 떠났기 때문에 홀전자 상태로 매우 불안정한 상태입니다.
• 하이드록실 라디칼은 전차를 채우기 위해 화학반응을 매우 빠르게 일으키는 특징을 가집니다.

4. 전기적 중성 상태

• 중성상태란 전기적으로 양전하(+)와 음전하(-)가 균형을 이루는 상태를 말합니다.
• 수산화물 이온은 산소 원자가 자신의 전자 8개에 수소가 두고 간 전자 1개를 추가로 가지고 있어 전기적으로 음전하(-)를 띠고 있습니다.
• 하이드록실 라디칼은 산소원자가 자신의 전자 8개를 온전히 가지고 있고 수소원자도 자신의 전자 1개를 온전히 가지고 있기 때문에 전기적으로 중성입니다.
• 각 원자의 양전자(+) 및 전자(-)의 개수는 원소 주기율표의 원자 번호입니다.

<보충설명>

• 수산화물 이온 : 전하를 가진 "안정된 조각"
• 하이드록실 라디칼 : 전하를 잃은 "불안정하고 공격적인 조각" → 전자를 채우고 싶어서 화학반응을 빠르게 일으키려는 상태

 

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5. 라디칼(Radical)의 어원·의미

가. 어원

라틴어 radix에서 유래되었으며 뜻은 뿌리(root)입니다.

원래는 "근본적인" 또는 "뿌리에서 출발하는"이라는 철학적, 수학적 개념으로 사용되었습니다.

나. 화학에서의 의미

화학에서 라디칼은 분자의 근본적인 구성 요소 또는 기본적인 조각을 뜻합니다.

나중에 전자가 홀로 남은 상태(홀전자)를 가진 반응성이 높은 분자 조각으로 사용되기 시작했습니다.

근본적인 변화를 일을 킬 수 있는 단위(강력한 산화제)라는 화학적 특성과 잘 맞아 떨어집니다.