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1. 금속의 반응성
1.1. 금속과 염산 용액의 반응
금속과 염산 용액의 반응은 금속의 반응성을 보여주는 대표적인 실험이다. 염산(HCl) 용액에 각 금속 조각을 넣었을 때 금속의 반응성에 따라 기포 발생의 정도에 차이가 나타난다.
마그네슘(Mg)은 염산 용액과 강하게 반응하여 많은 기포가 발생한다. 이때 화학반응식은 다음과 같다.
Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g)
마그네슘 금속은 염산 용액 속의 수소 이온(H+)으로부터 전자를 받아들여 이온화되면서 수소 기체를 발생시킨다. 이와 같은 반응에서 마그네슘은 산화되고 수소 이온은 환원된다.
아연(Zn)과 철(Fe)도 염산과 반응하여 기포를 발생시키지만, 마그네슘에 비해 그 정도가 약하다. 아연과 철의 반응식은 다음과 같다.
Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
2Fe(s) + 6HCl(aq) → 2FeCl3(aq) + 3H2(g)
구리(Cu)의 경우 염산 용액과 거의 반응하지 않아 육안으로 기포 발생을 관찰하기 어렵다.
납(Pb)은 수소와의 반응성이 마그네슘, 아연, 철에 비해 크지 않기 때문에 기포 발생이 미미하다.
이처럼 금속들의 염산 용액과의 반응 정도는 금속의 반응성, 즉 이온화 경향에 따라 달라진다. 반응성이 큰 금속일수록 염산 용액과 활발히 반응하여 많은 기포를 발생시킨다.
1.2. 금속의 반응성 순서
금속의 반응성 순서는 금속이 이온화되어 양이온을 형성하려는 경향을 나타낸 것이다. 즉, 금속들의 이온화 경향을 보여주는 서열이라고 할 수 있다. 실험 결과를 토대로 하여 금속의 반응성, 즉 이온화 경향이 큰 순서는 (大) 마그네슘(Mg) > 아연(Zn) > 철(Fe) > 납(Pb) > 수소(H) > 구리(Cu) (小)로 나타났다. 이를 통해 마그네슘이 가장 활동적인 금속이며, 구리가 가장 반응성이 작은 금속임을 알 수 있다. 수소는 이 서열에서 금속들 사이에 위치하고 있는데, 이는 수소가 금속과 같은 이온화 경향을 가지고 있다는 것을 의미한다.""
2. 금속의 활동도
2.1. 활동도의 정의
활동도(activity)란 화학 반응에서 주어진 성분이 얼마나 활성적으로 작용하는지를 나타내는 척도이다. 이상 용액에서의 농도와는 달리, 실제 혼합 용액 내에서의 화학종의 농도는 달라질 수 있다. 이러한 차이를 고려하기 위해 활동도 개념이 사용된다.
활동도는 화학종의 실제 농도와 이상 용액에서의 농도 간 차이를 반영한 수치이다. 즉, 화학 반응에서 구성 성분들이 실제로 얼마나 활동적으로 참여하고 있는지를 나타낸다. 활동도는 혼합 용액 내에서 화학종의 유효한 농도를 표현하는 물리량이다.
따라서 활동도는 실제 용액 내에서의 화학종의 농도와 상대적 활성을 보여주는 척도라고 할 수 있다. 이를 통해 화학 반응의 실제 진행 정도와 방향을 예측할 수 있다.
2.2. 금속의 활동도 실험
금속의 활동도 실험은 한 금속 조각을 다른 금속의 이온을 포함하고 있는 용액에 넣고 어떠한 반응이 일어나는지를 관찰하여 활동도 서열에서 해당 금속의 상대적 위치를 예측하는 실험이다. 실험의 진행 방법은 다음과 같다.
먼저, 사포를 사용하여 금속 조각의 표면을 깨끗이 갈아내고 물로 씻어낸 후 휴지로 물기를 모두 닦는다. 이는 금속 표면에 남...
