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수정Electrolysis

 

 

전해질 수용액이나 용융액에 직류전류를 통하면 그 전해질은 두전극에서 화학변화를 일으키는데, 이 변화를 전기분해 또는 전해라 한다. 

 

수정전기분해의 원리

 

전해질은 용액중에서 양이온과 음이온으로 이온화하며, 양이온은 음극으로 부터 전자를 받아 환원되는데, 환원이 일어나는 전극을 음극이라하고, 음이온은 양극에서 전자를 내어 놓고 산화하는데 이와 같이 산화가 일어나는 전극을 양극이라 한다. 

 

(+)극 : 음이온이 산화 → 홑원소 물질 (-)극 : 양이온이 환원 → 홑원소 물질 

 

수용액에서 이온의 방전경향

(-) 극에서 Al3+, Mg2+, Na+, K+, Ba2+, Ca2+, Sr2+등의 이온은 환원되기 어려우나 그대신 H+이 방전하여 수소기체(H2)로 된다.


(+) 극에서 F-, NO3-, CO32- SO42-, PO43-등의 이온은 산화되기 어려우나 그 대신 OH-이 방전하여 산소(O2)기체를 방출한다. 

 

수정용융전해

 

수용액이 아닌 고체결정을 용융시켜 전기분해하는 것을 용융전해라 한다.

구분

전기분해

전지

작용

전기에너지 → 화학에너지

화학에너지 → 전기에너지

음극반응

환원

산화

양극반응

산화

환원

 

수정전기분해에서의 양적관계

 

수정패러데이 법칙

  • 전기분해에서 생성되는 물질의 양과 전해용기에 통한 전하량 사이에는 다음 법칙이 성립한다.
  • 전기분해에 의하여 생성되는 물질의 양은 통햐준 전하량에 비례한다.
  • 서로 다른 물질을 전기분해 할때 같은 전하량에 의하여 석출되는 각 물질의 질량은 (원자량/석출하는 물질의 이온의 가수)에 비례한다.

 

수정분해전압

 

전해질 용액을 전기분해할때 양쪽전극사이에 가해주는 최소한의 전압. 분해전압은 용액의 농도, 전극의 종류에 따라 다르다.

 

수정전하량

 

전하량 = 전류의 세기 * 시간
모든 물질 1g 당량을 생성시키는 데 필요한 전하량은 1F (= 96,500c) 이며 1F는 전자 1몰(6.0*10^23개)이 갖는 전하량이다. 1F의 전하량을 통할때 1g 당량의 변화가 일어나고 nF의 전하량을 통할때 ng 당량의 변화가 일어난다. 

  • 쿠울롱 (c) : 1A의 전류가 1초동안 흘렀을 때의 전하량

 

수정전기분해의 이용

 

 

수정전기도금

 

전기분해를 이용하여 금속표면에 다른 금속의 막을 입히는 방법

 

수정구리의 정련

 

순수한 구리를 -극, 불순물이 포함된 구리 덩어리를 +극으로 하여 CuSO4 용액에서 전기분해하면 Fe, Zn 등의 불순물은 구리보다 쉽게 산화하여 구리와 함께 용액속으로 녹아들어가고, 산화되기 어려운 Ag, Au, Pt은 금속상태로 용기바닦에 남는다.

-극 : Cu2+ + 2e- → Cu↓
+극 : Cu → Cu2+ + 2e-

 

수정알루미늄의 제련

 

산화알루미늄(Al2O3)에 빙정석(Na3AlF6)을 용제로 가하고 철로된 전해조에서 탄소막대를 양극으로 하여 용융전해하면 음극에서 Al로 석출된다.

-극 : 4Al3+ + 12e- → 4Al↓
+극 : 6O2- + 3C(s) → 3CO2 + 12e-

 

 

수정참고