본문내용
1. 전기분해와 전기도금
1.1. 실험목적
전기분해와 도금 실험의 목적은 전기 에너지를 이용하여 일어나는 화학 반응을 알아보는 것이다. 전기분해와 전기도금 과정을 통해 전자의 이동과 화학 반응, 금속의 석출 등을 이해할 수 있다. 이를 통해 전기화학 현상에 대한 기본 원리를 학습하고 적용할 수 있게 된다.
1.2. 실험기구 및 시약
100 M 황산구리 용액, 질산수용액 (질산 + 증류수) 100Ml 비이커 2개, 구리 전극, 출력이 3V 이상인 직류전원 동전(10원) 초시계, 악어 집게, 전선, 테스터기, 사포, 핀셋, 가는 막대, 비닐장갑이 실험에 사용된다.
황산구리 용액은 전해질로 사용되며, 질산수용액은 구리 전극 표면의 이물질을 제거하는데 사용된다. 전극으로는 동전과 구리 전극이 사용된다. 이 외에도 각종 실험기구와 보조 재료들이 실험에 필요하다.
1.3. 실험이론
1.3.1. 전기도금의 전극과 용액
전기도금의 전극과 용액은 다음과 같다.
일반적인 전기분해에서는 백금이나 탄소를 전극으로 많이 사용하지만, 전기도금에서는 도금할 물체를 음극(-)으로 덮어 씌울 금속을 양극(+)으로 사용한다. 두 전극을 전해질 용액에 담그고 직류 전원을 연결하면 전기도금이 된다. 이 때에 전해질 용액은 덮어 씌울 금속을 이온으로 포함한 용액을 사용한다. 예를 들어 숟가락에 은도금을 할 때, 숟가락을 음극으로 사용하고 깨끗한 은판을 양극으로 사용한다. 그리고 AgNO3 용액이나 K[Ag(CN)2] 용액과 같은 Ag+를 포함하는 용액에 전극을 담근다. 그런 다음 직류전원장치를 연결하여 양극 은판에 산화반응이 일어나도록 만든다. Ag+는 전해질용액에 녹고 전자는 음극으로 이동하게 된다. 음극에서 모여 있던 전자들은 전해질용액의 Ag+와 결합하여 환원반응이 일어나고 고체의 은(Ag)가 만들어진다. 숟가락의 표면에 은으로 얇게 덮이게 되면 전기도금이 완성된다.
또한, 전해질로 황산구리 수용액을 사용하는 이유는 순수한 물에서는 어떠한 분해나 결합이 이루어 지지 않기 때문이다. 이를 통해서 구리로 도금을 하는 것이다. 즉 전기적인 반응에 의해서 황산구리 용액에 있는 구리이온에 전자를 붙여서 구리금속이 만들어지는 도금을 해야 하는 반응이므로 구리이온에 포함된 물질을 써야 한다.
1.3.2. 전기분해의 원리
전기분해의 원리는 다음과 같다. 전해질은 용액 중에서 양이온(+)과 음이온(-)으로 이온화 하여 양이온은 음극으로부터 전자를 받아서 환원되고 이 환원이 일어나는 전극을 '음극'이라고 한다. 음이온(-)은 양극에서 전자를 뺏기게 되어 산화이며, 이 산화가 일어나는 전극을 '양극'이라고 한다. 이를 통해 물질에 전류를 흘려보내 화학변화를 발생시키는 과정이다. 화학 변화란 물질이 전자를 잃거나 얻는 것(산화와 환원)을 말한다. 이 전기분해 과정은 양이온과 음이온을 포함하고 있는 용액에 양극과 음극 2개의 전극이 서로 떨어져 있는 상태로 잠겨 있는 장치인 전해전지에서 일어나게 된다. 전류는 음극(-)으로 들어가고, 용액 속에 있는 양전하를 띠고 있는 물질은 이 전극으로 이동, 전자와 결합하여 중성인 원소 또는 분자로 된다. 용액에서 음전하를 띠고 있는 성분은 양극으로 이동해 전자를 잃고 중성인 원소나 분자로 바뀌게 된다. 만약 변화되는 물질이 전극이면 일반적으로 전극이 전자를 잃고 용액 속으로 용해되는 반응이 일어나게 되는 것이다.
1.3.3. 전기도금의 개념
전기도금은 전기분해를 이용하여 금속표면에 다른 금속의 막을 입히는 방법이다. 전기도금에 사용되는 금속은 이온화 경향이 작아 수용액과의 반응에서 안정적인 물질이 주로 사용된다. 구체적으로 은, 금, 구리, 니켈...
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