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응용화학실험 - 화학 전지와 전기 화학적 서열
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응용화학실험 - 화학 전지와 전기 화학적 서열
Abstract
실험 목적
화합물들 사이에 자발적으로 일어나는 전자 이동 반응을 이용하여 전기 에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고, 몇 가지 금속 이온의 전기화학적 서열을 확인한다.
실험 원리
분자들 사이에서 자발적으로 일어나는 산화-환원 반응을 이용해서 금속선을 통하여 전자가 흘러가도록 만들면 전기 에너지를 제공하는 전지를 만들 수 있다. 그런 화학 전지의 대표적인 예로서는 건전지나 자동차용 배터리를 들 수 있으며 우리 주위의 전자 제품 대부분은 이런 화학 전지를 에너지원으로 사용하고 있다.
산화-환원 반응에서 이동하는 전자를 금속선을 통해 흐르는 전류로 만들기 위해서는 산화 반응과 환원 반응을 서로 분리한 반쪽 전지를 금속선으로 연결한 전지를 사용한다. 또한 화합물이 전자를 잃어버리거나 얻을 경우에는 전하를 가진 이온이 만들어지기 때문에 대부분의 전지는 이온을 안정화시킬 수 있는 수용액에서 일어나는 반응을 이용한다. 이 반쪽 전지는 전해질 용액 속에 금속 전극을 넣은 것이다. 금속 전극끼리는 금속선을 사용하여 연결하며 용액의 전하 변화를 상쇄시켜주기 위하여 염다리를 사용한다. 염다리는 U자 형의 유리관에 KCl과 같은 염이 섞여있는 젤로 채워진 것으로 수용액 속의 이온이 이동하기 용이하다. 이렇게 구성된 전지의 한 쪽 전극에서는 산화가 일어나 (-) 극이 되고 환원이 일어나는 쪽은 (+) 극이 된다.
한 전극의 전위를 절대적으로 측정하는 것은 불가능하지만 임의로 선택한 두 전극 사이의 전위차를 측정하는 것은 가능하다. 전극의 전위를 나타내기 위해 많이 사용하는 기준 전극으로는 표준 수소 전극이 있다.표준 수소 전극은 1기압의 압력으로 유지되는 수소기체와 평형을 이루고 있으면서 하이드로늄 이온()의 농도가 1.0M인 25℃의 수용액 속에 백금 금속으로 만든 전극이 설치되어있는 것으로 다음과 같은 환원 반응이 일어난다.
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2014.01.20
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