5-5-3. 화학 전지[II]
1. 금속의 이온화 경향/2. 음극화 보호/산성 산화물/
1. 금속의 이온화 경향
금속은 전자를 쉽게 잃는 경향이 있는데,
그 정도에 차이가 있습니다.
알칼리 금속이나 알칼리 토금속은
전자를 잃으려는 경향이 매우 강해서 쉽게 산화하여 양이온이 되고,
금, 백금이나 은 같은 금속은 잘 산화하지 않습니다.
이러한 금속의 이온화 경향을 서열화하여 나타낸 것 중
주요한 금속에 대하여 적어 보면 다음과 같습니다.
K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn
> Pb > [H] > Cu > Hg > Ag > Pt > Au
철(Fe)의 발견은 문명의 발전에 크게 공헌하였으나,
철 자체는 반응성이 커서 쉽게 녹슬기 때문에
여러 가지 방법으로 보호를 해 줍니다.
보통 페인트를 칠한다든가 표면에 얇게 다른 금속을 입힌다든가
하는 방법을 쓰는데, 도금을 하여 철을 보호하는 경우
주석과 같이 철보다 반응성이 작은 금속을 도금하는 것과
오히려 철보다 반응성이 더 큰
아연과 같은 금속을 도금하는 방법이 있습니다.
위 그림에서 주석(Sn)은 철보다 반응성이 작으므로
철을 훌륭히 보호할 수 있고(양철),
아연(Zn)은 철보다 반응성이 크지만
공기 중에서 단단하고 얇은 산화 피막(ZnO)을
만들어 더 이상 산화하지 않게 하여 안쪽의 철을 보호합니다(함석).
그런데 도금막이 벗겨졌을 때 물기가 닿으면,
물에 공기 중의 여러 가지 산성 산화물들,
가령 이산화탄소(CO2)나 아황산 가스(SO2)가 접촉하여
산(탄산, 아황산 등)을 만들게 되며,
이것이 전해질과 같은 구실을 하여
철과 도금막 사이에 부분적으로 전지가 형성됩니다.
양철의 경우 철이 (-)극, 주석이 (+)극 구실을 하므로
다음과 같은 반쪽 반응이 일어납니다.
(-)극[Fe] ; Fe --> Fe2+ + 2e- 산화
(+)극[Sn] ; 2H+ + 2e- --> H2 환원
여기서 발생한 수소가 공기 중으로 날아가면서
이 반응이 더욱 촉진되므로 쉽게 녹슬어 버립니다.
그러나 함석의 경우는 아연이 (-)극, 철이 (+)극으로 되기 때문에
얘기가 조금 달라지죠.
(-)극[Zn] ; Zn --> Zn2+ + 2e- 산화
(+)극[Fe] ; 2H+ + 2e- --> H2 환원
이렇게 되면 아연이 먼저 산화하여 철에게 전자를 공급하므로
철의 산화를 막게 되는데 이와 같은 형태로 철의 산화를 막는 방법을
음극화 보호라고 합니다.
지하에 묻혀 있는 가스관이나 기름 저장 탱크 따위도
쉽게 녹슬 수 있기 때문에 철보다 반응성이 큰 마그네슘을
도선으로 연결하여 철보다 먼저 산화하게 함으로써 철관을 보호하며,
바다에 떠 있는 배도 배밑창에 아연 덩어리를 부착하여 녹스는 것을
막아 줍니다. 이런 금속들은 주기적으로 교환해 주어야 합니다.