소개글
"과일전지 보고서"에 대한 내용입니다.
목차
1. 과일전지 원리
1.1. 산화 환원 반응
1.2. 이온화 경향
1.3. 볼타전지
2. 과일전지 실험
2.1. 과일의 종류에 따른 전압 변화
2.2. 금속의 종류에 따른 전압 변화
2.3. 금속판 거리에 따른 전압 변화
2.4. 금속판 깊이에 따른 전압 변화
2.5. 과일 연결에 따른 전압 변화
3. 실험 결과 분석
3.1. 과일 특성과 전압 관계
3.2. 금속 이온화 경향과 전압 관계
3.3. 물리적 요인과 전압 관계
4. 결론 및 제언
4.1. 실험 결과 요약
4.2. 과일전지 활용 방안
4.3. 향후 연구 과제
5. 참고 문헌
본문내용
1. 과일전지 원리
1.1. 산화 환원 반응
물질간의 전자 이동으로 산화와 환원 반응이 동시에 일어난다. 전자를 잃은 쪽은 산화수가 증가하고 산화되며, 전자를 얻은 쪽은 산화수가 줄어들고 환원된다. 이때 잃은 전자수와 얻은 전자수는 항상 같다. 반응물 간의 전자 이동으로 일어나는 반응으로 산화와 환원이 동시에 일어난다. 전자를 잃은 쪽을 산화되었다고 하고 전자를 얻은 쪽을 환원되었다고 한다. 이 때, 잃은 전자수와 얻은 전자수는 항상 같다. 산화·환원반응이 일어날 때 산화수의 변화가 일어난다. 산화수란 일반적으로 이온으로 되었을 때 전하량이다. 이온의 종류가 두 개 이상인 철과 같은 원자의 경우에는 공유결합을 이루는 전자가 전기음성도가 더 큰 원자에 속해있다고 했을 때의 전하량을 생각하면 된다.
1.2. 이온화 경향
이온화란 물리적 과정을 통해 원자나 분자에 전자나 다른 이온 입자를 제거하거나 더하여 이온이 되는 것을 말한다. 이 때 원자는 양전하를 띠어 양이온이 되거나 음전하를 띠는 음이온이 된다. 양이온의 경우, 원자 또는 분자에서 1개의 전자가 분리되어 양이온과 자유전자로 완전히 분리하는 데는 이온화 에너지가 필요하다. 음이온의 경우 자유전자와 원자가 충돌하면서 여분의 에너지를 방출하면서 음이온이 된다.
이온화 경향이란 금속의 원소에서 전자가 하나 빠져나가 양이온 상태가 되려는 경향을 말한다. 쉽게 이온화되는 것을 이온화 경향이 크며 산화되기 쉽다고 한다. 이온화 경향이 큰 원소가 그보다 이온화 경향이 작은 원소의 이온과 만나면, 이온화 경향이 큰 원소가 산화되고 이온이었던 원소는 환원된다. 일반적으로는 금속원소가 양이온이 되어 용액 속에 들어가려고 하는 경향을 말하며, 이 경향은 금속원소의 종류, 용액의 농도에 따라 다르다. 따라서 정량적으로 비교하기 위해 일정한 조건하에서의 전극전압을 비교하는 것이 보통이다.
물에 대한 이온화 경향의 크기에 따라 나열한 원소의 계열을 이온화서열 또는 전기화학계열이라고 한다. 이 계열의 앞쪽에 있는 것일수록 이온화 경향이 크며, 산화되기 쉽다. 예를 들면, 금속원소의 이온화 경향은 알루미늄>아연>철>구리 순서로 크다. 이온화 경향이 큰 금속은 산화되기 쉬워 전자를 잃어버리기 쉬우며, 반대로 이온화 경향이 작은 금속은 환원되기 쉬워 전자를 얻기 쉽다. 이러한 이온화 경향의 차이로 인해 과일전지에서 전압의 차이가 발생한다.
1.3. 볼타전지
볼타전지는 아연판과 구리판을 두 극으로 사용한 가장 간단한 전지이다. 이탈리아의 물리학자 볼타가 발견하였으며, 화학 전지의 가장 기본이 되는 전지이다. 볼타는 서로 다른 두 금속판 사이에 전해질을 포함한 가죽을 넣고 두 금속을 선으로 연결하면 전기가 발생한다는 사실을 알아냈다. 그러나 화학 전지에서 전기의 발생은 단순히 두 금속의 접촉이 아닌 산화, 환원에 의한 전위차가 그 원인이라는 사실이 독일의 물리학자인 리터와 영국의 물리학자인 패러데이에 의하여 밝혀졌다. 실험 과정을 구체적으로 살펴보자면 다음과 같다. 구리판과 아연판을 묽은 황산 용액에 담그고 구리판과 아연판을 도선으로 연결하면 전기가 발생한다. 이 경우 반응성이 큰 금속인 아연이 전자를 내어놓고 산화되어 아연 이온으로 용액 속에 녹아 들어간다. 아연이 내어놓은 전자는 전위차에 의하여 도선을 따라 구리판으로 이동하고, 구리판에서는 용액 속의 수소 이온이 전자를 얻어 수소 기체로 환원된다. 이와 같이 볼타전지는 두 금속 사이의 화학반응으로 전자가 이동하면서 전류가 발생하는 것이다. 따라서 볼타전지는 화학에너지를 전기에너지로 변환하는 전지라고 할 수 있다. 볼타전지의 발명을 계기로 전기화학이 발전하게 되었고, 이를 통해 새로운 발견과 기술 혁신이 이루어졌다.
2. 과일전지 실험
2.1. 과일의 종류에 따른 전압 변화
과일전지 실험을 통해 감자, 바나나, 레몬 등 다양한 과일에서 전류가 흐른다는 것을 알 수 있었다. 이는 과일 내부의 산성 성분과 꽂은 금속 간의 산화-환원 반응으로 인해 전자의 이동이 발생하기 때문이다. 특히 과일의 종류에 따라 전압의 차이가 나타났는데, 이를 통해 과일의 특성이 전압 발생에 영향을...
참고 자료
<네이버 지식백과> 산화환원반응 (두산백과)
<네이버 지식백과> 이온화 (두산백과)
<네이버 지식백과> 이온화 현상 (두산백과)
신동혁(2002), “중ㆍ고등학교 과학 교과서에 제시된 볼타전지에 대한 문제점 분석”, 한국교원대학교 교육대학원 학위논문(석사), p15-16
박하나(2011), “고등학생의 산화ㆍ환원 개념의 확장을 위한 교수학습 자료의 개발과 적용”, 강원대학교 대학원 학위논문(석사), p21-23
이세연, “촉촉하면 도체, 마르면 절연체”, 『과학동아』, 2012년 10월호
<네이버 지식백과> 산화환원반응 (두산백과)
<네이버 지식백과> 이온화 (두산백과)
<네이버 지식백과> 이온화 현상 (두산백과)
<네이버 지식백과> 볼타 전지 (학생백과)
<네이버 블로그> 나는 과학이 좋아요 http://blog.naver.com/chkchem?Redirect=Log&logNo=100133864828
<네이버 블로그> 과일전지 만들기 http://blog.naver.com/ahttjstn96?Redirect=Log&logNo=142840145
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