수정 전기분해 · Electrolysis
전해질 수용액이나 용융액에 직류 전류를 통하면 그 전해질은 두전극에서 화학변화를 일으키는데, 이 변화를 전기분해 또는 전해 라 한다.
전기분해의 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.
수용액이 아닌 고체결정을 용융시켜 전기분해하는 것을 용융전해라 한다.
구분 |
전기분해 |
전지 |
작용 |
전기에너지
→ 화학에너지 |
화학에너지
→ 전기에너지 |
음극
반응 |
환원 |
산화 |
양극
반응 |
산화 |
환원 |
패러데이 법칙
- 전기분해에서 생성되는 물질의 양과 전해용기에 통한 전하량 사이에는 다음 법칙이 성립한다.
- 전기분해에 의하여 생성되는 물질의 양은 통한 전하량에 비례한다.
- 서로 다른 물질을 전기분해 할때 같은 전하량에 의하여 석출되는 각 물질의 질량은 (원자량/석출하는 물질의 이온의 가수)에 비례한다.
분해전압
- 전해질 용액을 전기분해할 때 양쪽 전극사이에 가해주는 최소한의 전압을 말하며 분해전압은 용액의 농도, 전극의 종류에 따라 다르다.
전하량
- 전하량 = 전류의 세기 X 시간
- 모든 물질 1 g 당량을 생성시키는 데 필요한 전하량은 1 F (= 96,500 c) 이며 1 F 는 전자 1 몰 (6.0X1023개) 이 갖는 전하량이다. 1 F 의 전하량을 통할때 1 g 당량의 변화가 일어나고 nF 의 전하량을 통할때 ng 당량의 변화가 일어난다.
- 쿠울롱 (c) : 1 A 의 전류가 1 초 동안 흘렀을 때의 전하량
전기도금
전기분해를 이용하여 금속표면에 다른 금속의 막을 입히는 방법
구리의 정련
순수한 구리를 (-) 극, 불순물이 포함된 구리 덩어리를 (+) 극으로 하여 CuSO4 용액에서 전기분해하면 FeㆍZn 등의 불순물은 구리보다 쉽게 산화하여 구리와 함께 용액속으로 녹아 들어가고, 산화되기 어려운 AgㆍAuㆍPt은 금속상태로 용기바닦에 남는다.
-극 : Cu2+ + 2e- → Cu↓
+극 : Cu → Cu2+ + 2e-
알루미늄의 제련
산화알루미늄 (Al2O3) 에 빙정석 (Na3AlF6) 을 용제로 가하고 철로된 전해조에서 탄소막대를 양극으로 하여 용융전해하면 음극에서 Al 로 석출된다.
-극 : 4Al3+ + 12e- → 4Al ↓
+극 : 6O2- + 3C(s) → 3CO2 + 12e-