4-1 |
화학에너지 |
ㅇ 화학에너지 ; 물질마다 가지고 있는 고유한 에너지(예, 석탄, 석유 등)
화학반응을 통하여 전기, 빛, 열, 역학적 에너지로 바뀜
ㅇ 화학전지 ;산화 환원 반응을 이용하여 전기를 얻음
화학에너지가 전기에너지로 바뀜
(-)극 ; 반응성이 큰 금속, 전자를 내어주고 자신은 산화됨
(+)극 ; 반응성이 작은 금속 ; 전자를 받아 들이고 자신은 환원됨
ㅇ 볼타전지 ; 전체 반응 ; Zn + 2 H+ → Zn 2+ + H2
-. 아래 그림처럼 묽은 황산(전해질)에 아연판과 구리판을 담그고 도선으로 연결
-. (-)극 ; 아연판이 산화 반응(전자를 낸다)
아연이온이 용액 속으로 녹아 들어가므로 아연판 내에 전자가 생긴다.
아연이온이 용액 속으로 녹아 들어가므로 아연판의 질량이 감소함
아연 → 아연이온 +전자 (Zn → Zn 2+ + 2e- )
(+)극 ; 구리판에서 환원반응(전자를 얻는다)
아연판에서 출발하여 도선을 따라 구리판에 온 전자들은
황산수용액에 있던 수소이온과 결합하여 수소기체가 된다.
따라서, 구리판 주위에 수소가 보글보글 발생할 뿐이다.
구리가 생겨 구리판 주위에 붙은 일이 없으므로 구리판의 질량 변화는 없다
수소이온 + 전자 → 수소기체 (2 H++ 2e- → H2 )
-. 전류가 흐르면 기전력이 갑자기 떨어지는 분극현상이 나타난다.
-. 분극현상 ; 수소기체가 구리판 둘레를 감싸 전류의 흐름을 방해하여
기전력(전기의 힘)이 약해지는 현상
-. 분극현상을 방지하기 위하여 감극제(H2O2, MnO2)를 사용한다.
; 수소기체를 산화시켜 물로 만들어 버린다.
ㅇ 다니엘전지 ; 전체 반응 ; Zn + Cu2+ → Zn 2+ + Cu
-. 황산 아연 수용액(전해질)에 아연판을, 황산 구리 수용액(전해질)에
구리판을 담근 후 두 용액을 염다리(이온이 옮겨가는 통로)로 연결
-. (-)극 ; 아연판이 산화 반응(전자를 낸다)
아연이온이 용액 속으로 녹아 들어가므로 아연판 내에 전자가 생긴다.
아연이온이 용액 속으로 녹아 들어가므로 아연판의 질량이 감소함
아연 → 아연이온 +전자 ( Zn → Zn 2+ + 2e- )
(+)극 ; 구리판이 환원반응(전자를 얻음)
구리판은 아연판에서 도선을 타고 온 전자를 받는다.
황산구리 속에 있던 구리 이온들이 전자와 결합하여 구리가 되어
구리판에 달라붙어(석출) 구리판의 질량이 증가함
구리이온 + 전자 → 구리 ( Cu2++ 2e- → Cu )
-. (+)극에서 수소기체가 발생하지 않으며 구리가 석출되므로 분극현상이 없다.
ㅇ 실용 전지
1) 아연 탄소 건전지
; 아연통에 염화암모늄과 이산화 망간을 넣고 가운데 탄소막대를 박음
(-)극 ; 아연판, 산화반응 ,
아연 → 아연이온 + 전자 ( Zn → Zn 2+ + 2e- )
(+)극 ; 탄소 막대, 환원반응,
망간이온 + 전자 → 망간이온 (Mn4+ + e- → Mn3+ )
-. 탄소막대 주변에서 수소기체가 발생하는 분극현상이 있으므로
감극제로 MnO2를 사용하여 수소기체를 물로 만들어 버린다.
그래서, 건전지를 오래두면 물이 나와 카메라를 망치게 하는
경우가 있으므로 오랫동안 사용치 않을 때 건전지를 꼭 빼놓는다.
2) 알카리 전지
; 전해질용액을 수산화칼륨을 사용하고 나머지는 건전지와 동일하다.
(-)극 ; 아연판, 산화반응 ,
아연 → 아연이온 + 전자 ( Zn → Zn 2+ + 2e- )
(+)극 ; 탄소 막대, 환원 반응 ,
망간이온 + 전자 → 망간이온 (Mn4+ + e- → Mn3+ )
-. 일정한 전압을 얻으며 사용시간이 길다.
3) 납축전지
; 묽은 황산에 납과 이산화납을 담그고 도선으로 연결
(-)극 ; 납판
Pb + SO42- → PbSO4 + 2e- (산화 반응)
(+)극 ; 이산화납판
-. 방전할 때 (+), (-)극 모두 질량이 증가하며 묽은 황산의 비중은 감소한다.
-. 기전력이 떨어지면 다시 충전해 재 사용할 수 있다.
ㅇ 1차 전지 ; 충전을 못하는 전지, 공해물질을 많이 배출한다.
건전지, 알카리 전지, 수은 전지, 리튬 전지
ㅇ 2차 전지 ; 재충전이 가능하며 공해 물질을 적게 배출한다.
납축전지, 니켈-카드뮴 전지
ㅇ 전지의 환경 오염
-. 중금속 때문 ; 수은 납, 망간, 카드뮴 등
-. 전지 공해 억제 대책
* 건전지 사용 억제 - 변압기 사용
* 재충전이 가능한 전지 사용
* 쓰고 난 전지는 분리 수거