소개글
"전기 전자 장기간 실험보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 화학전지와 전기화학적 서열
1.1. 실험 목적
1.2. 실험 배경
1.2.1. 산화-환원반응
1.2.2. 전기화학적 서열
1.2.3. 화학전지
1.2.4. 산화, 환원전극
1.2.5. 표준수소전극
1.2.6. 표준환원전위
1.2.7. 전극의 반응과 전지 전위 계산
1.2.8. Nernst 방정식
1.2.9. 염다리
1.3. 실험 기구 및 시약
1.4. 실험 방법
1.4.1. 전기화학적 서열
1.4.2. 화학전지
1.5. 실험 결과
1.6. 생각해 볼 사항
1.6.1. 용액의 농도와 전압간의 관계
1.6.2. 농도차 전지
2. 참고 문헌
본문내용
1. 화학전지와 전기화학적 서열
1.1. 실험 목적
화학전지와 전기화학적 서열 실험의 목적은 화합물들 사이에 자발적으로 일어나는 전자 이동반응을 이용하여 전기에너지를 얻는 전지의 원리를 알아보고, Pb, Zn, Cu 금속의 전기화학적 서열과 화학전지에서의 반응을 확인하는 것이다."
1.2. 실험 배경
1.2.1. 산화-환원반응
산화-환원 반응(oxidation-reduction reaction)은 물질 사이의 전자 이동으로 인해 발생되는 반응으로, 산화와 환원이 동시에 일어난다. 전자를 잃은 쪽은 산화되어 산화수가 증가하고, 전자를 얻은 쪽은 환원되어 산화수가 감소한다. 이때 잃은 전자수와 얻은 전자수는 항상 같다. 산화-환원 반응은 전기화학적 장치인 화학전지에서 전류를 발생시키는 기본적인 원리이다. 금속과 금속이온의 반응, 또는 금속과 비금속의 반응에서 전자 이동이 일어나 화학 에너지가 전기 에너지로 변환되는데, 반응물의 성질에 따라 반응의 정도가 다르게 나타난다. 예를 들어 아연판을 황산구리 용액에 담그면 아연이 산화되어 아연이온이 되고, 구리이온은 환원되어 구리가 석출된다. 이러한 자발적인 산화-환원 반응을 통해 화학전지가 작동하며, 이때 산화된 물질은 음극(anode), 환원된 물질은 양극(cathode)이 된다."
1.2.2. 전기화학적 서열
전기화학적 서열은 금속의 이온화 경향을 상대적 세기 순으로 정리한 것이다. 금속이 전자를 쉽게 내놓고 산화되는 정도에 따라 이온화 경향의 크기가 결정되는데, 이온화 경향이 큰 금속일수록 산화되기 쉽다. 전기화학적 서열에 따르면 칼륨(K), 칼슘(Ca), 나트륨(Na), 마그네슘(Mg), 아연(Zn), 철(Fe), 코발트(Co), 납(Pb), 수소(H), 구리(Cu), 수은(Hg), 은(Ag), 금(Au) 순으로 이온화 경향이 크다.
즉, 칼륨은 전자를 가장 잘 내놓고 산화되기 쉬운 금속이며, 금은 전자를 내놓기 가장 어려운 금속이다. 이러한 이온화 경향의 차이는 금속 간 산화-환원 반응에서 전자 이동의 방향을 결정하게 된다. 이온화 경향이 큰 금속이 전자를 잃고 산화되며, 이온화 경향이 작은 금속은 전자를 얻어 환원된다.
전기화학적 서열 정보는 화학전지 제작에 활용된다. 화학전지는 자발적인 산화-환원 반응을 통해 전기 에너지를 생산하는데, 이온화 경향이 큰 금속을 산화전극, 작은 금속을 환원전극으로 사용하여 전자 이동을 유도한다. 따라서 전기화학적 서열에 따른 금속의 상대적인 반응성 차이를 활용하여 효율적인 화학전지를 설계할 수 있다.
1.2.3. 화학전지
화학전지는 화학 반응을 통하여 전류를 만들어 전기 에너지원으로 사용하기 위한 전지를 말한다. 화학전지는 전해질 용액(용매에 녹였을 때 이온화 되어 전류를 흐르게 하는 용액)과 전극으로 구성되며, 금속의 이온화 경향에 따라 산화전극(anode)과 환원전극(cathode)이 결정된다.
전자는 산화전극에서 환원전극 쪽으로 흘러가고 전류는 환원전극에서 산화전극 쪽으로 흐른다. 대표적인 화학전지로는 볼타전지, 다니엘전지 등이 있다.
볼타전지는 구리 전극과 아연 전극을 묽은 황산에 담그어 전류를 발생시키는 전지이며, 다니엘전지는 아연판을 황산아연 수용액에, 구리판을 황산구리 수용액에 담그고 두 용액을 염다리로 연결한 전지이다.
이때 염다리는 산화전극으로 음이온을, 환원전극으로는 양이온을 제공하여 용액의 전기적인 중성을 유지시키는 역할을 한다. 화학전지의 경우 전자가 산화전극에서 환원전극으로 이동하면서 전기 에너지가 발생하게 된다."화학전지의 원리는 금속의 이온화 경향과 밀접한 관련이 있다. 금속은 전자를 잃고 양이온이 되려는 성질이 있는데, 이 성질을 이온화 경향이라고 한다. 이온화 경향이 큰 금속일수록 전자를 잃기 쉽고 산화되기 쉽다.
화학전지에서는 이온화 경향이 큰 금속이 산화전극(anode)에 배치되고, 이온화...
참고 자료
이정구, 강동원. (2017) “유기 태양전지의 기술현황 및 시장동향”, 한국과학기술정보연구원(2017 정보분석보고서)
홍기현, 박선영 &임동찬. (2014) “유기태양전지의 효율 및 수명 향상을 위한 기능성 계면 소재 연구”, 공업화학. 한국공업화학회, Vol.25 No.5, pp.447-454
김기현, 강현범, 윤성철 &김범준. (2012) “유기 태양전지의 효율 및 열적 안정성 향상을 위한 기능화된 Fullerene의 개발”, Polymer Science and Technology Vol.23, No.4, pp.376-685
문상진, 김희주. (2006) “나노박막형 유기 태양전지의 기술 동향”, 고분자과학과 기술, 제17권 4호, pp.407-415
yscec, ‘07_화학전지와 전기화학적 서열’ (https://yscec.yonsei.ac.kr/mod/commons/view.php?id=1790005)
Brown외, 『Chemistry: the central science』, Pearson, 2017
