[일반화학실험] 전기 분해와 도금 예비 보고서

소개

전기 분해와 도금 예비 보고서 입니다.
실험 이론과 방법이 자세히 설명되어 있습니다.
확실히 관련 있는 핵심 부분만 정리해 놓은 자료입니다

목차

1.목적
2.원리
3.실험방법
4.실험 기구 사용법
5.실험 시 주의 사항
6.실험 기구와 시약
참고 실험 이론

본문내용

2. 원리
전극을 통해서 전원에서 공급되는 전류에 의해서 일어나는 화학 반응을 전기 분해(electrolysis)라고 한다. 자발적인 화학 반응에서 전류가 발생하는 화학 전지의 경우와 반대가 된다고 생각할 수 있다. 전기 분해 반응을 이용하면 다른 방법으로는 일어나지 않는 화학 반응을 일으킬 수 있기 때문에 여러 산업 분야에서 활용되고 있다. 염소 가스나 알루미늄을 생산하는 공정이 대표적인 전기 분해 반응이다.
전기 분해 반응을 일으키기 위해서는 화학 전지와 마찬가지로 염다리로 연결된 두 개의 반쪽 전지로 구성된 전기 분해 전지(electrolytic cell)를 만들어야 한다. 외부에서 전류를 흘려주지 않으면 환원력이 큰 물질이 들어있는 전극에서 산화력이 큰 물질이 들어있는 전극으로 전류가 흐르겠지만, 반대 방향으로 전류가 흐르도록 외부에서 전류를 강제로 흘려주면 환원력이 더 큰 물질이 오히려 환원되고, 산화력이 더 큰 물질은 산화되는 반응이 비자발적으로 일어나게 된다. 이런 반응이 일어나도록 하기 위해서는 자발적인 반응에 의하여 두 전극에 만들어지는 전위차보다 더 큰 전위차를 가진 전류를 흘려주어야 하고, 반응이 진행된 정도는 흘려주는 전류의 양에 의해서 결정된다.
이런 반응을 이용하면 용액 속의 금속 이온이 환원되어서 전극의 표면에 코팅이 되거나, 전기 활성 물질(electroactive substance)이 환원되어 용액 속에 녹아있거나, 기체 상태가 되어서 용액 밖으로 빠져 나오기도 한다. 금속을 전극 표면에 코팅하는 전기 도금(electroplating)은 산업적으로 유용할 뿐만 아니라 생활용품의 품질을 향상시키는 데에도 많이 사용된다.
<실험 4. 화학전지와 전기화학적 서열>에서 확인했지만 구리 이온이 녹아 있는 용액에 아연 조각을 넣으면 구리 이온은 환원되고 아연이 산화되는 반응이 자발적으로 일어난다. 그러나 아연 용액에 구리 조각을 넣으면 아무런 반응이 일어나지 않는다. 이 때 용액에 흑연 막대기를 담그고, 충분히 높은 전압의 직류 전원의 (-)극을 구리 조각에 연결하고, (+)극을 흑연 막대에 연결하면 구리 조각으로 전자가 흘러가기 때문에 용액 속의 아연이 환원되어 구리 표면에 석출된다. 이때 흑연 막대에서는 전자가 직류 전원으로 흘러가야 하기 때문에 물이 산화되어 산소가 발생하게 되고, 용액 속에는 수소 이온(H+)이 남게 된다. 구리 조각과 흑연 막대를 두 개의 서로 떨어진 용액에 담그고 두 전극을 염다리로 연결해도 같은 반응이 진행된다.
이 때 구리 조각에 석출되는 아연의 무게는 패러데이의 법칙에 따라 전극을 통하여 흘려준 전하량에 비례한다. 전하량은 흔히 전자 1몰이 가지고 있는 전하량인 96,485.31 Cmol-1(쿨롱)을 나타내는 ℱ(패러데이 상수)를 이용해서 나타낸다. 따라서 1ℱ만큼의 전하량을 흘려주면 1당량1)에 해당하는 물질이 석출된다. 예를 들어서 +2가의 이온인 아연 이온의 경우에서 1ℱ의 전하량을 흘려주면 0.5몰에 해당하는 아연이 석출된다.

참고자료

· 없음