본문내용
1. 서론
Cyclic voltammetry는 전해조에 산화/환원반응이 가능한 화학종이 존재하는 상태에서 작업 전극에 전 압을 순환전위로 가하면서 이에 대한 전류의 응답에 의해서 전극표면 또는 전극표면 근처에서 일어나는 물질의 전기화학 반응의 열역학 및 속도론적 파라미터를 구할 수 있는 분석방법이다. Cyclic voltammetry에 서 얻어지는 전류-전위곡선을 순환전압전류곡선(cyclic voltammogram, CV)이라고 부르며, 무기화학, 유 기화학, 고분자화학, 생화학 등의 분야에서 산화 환원쌍의 형식(form), 산화환원전위, 평형상수, 농도, 전극 반응에 관여하는 전자수, 화학반응의 속도상수, 흡착현상, 전자이동반응의 속도론적 파라미터 등을 구하는 데 사용된다. 따라서 본 실험을 통해 전해질 KNO{}_{3}와 반응물질 K{}_{3}(Fe(CN){}_{6})의 전기 화학적인 특성을 알아보고자 한다."
2. 이론적 배경
2.1. 산화환원반응(oxidation-reduction reaction)
산화환원반응(oxidation-reduction reaction)이란 반응물 간의 전자 이동으로 일어나는 반응으로, 산화와 환원이 동시에 일어나는 것을 말한다. 전자를 잃은 쪽을 산화되었다고 하고 전자를 얻은 쪽을 환원되었다고 한다. 이때, 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.
예를 들어 SO4^2-는 O의 산화수가 -2이고 총 4개 있으므로 -8인데 화합물 전체의 산화수가 -2이므로 S의 산화수는 +6이 된다. 또한 NH3는 H의 산화수가 +1이고 총 3개 있으므로 +3이고 화합물 전체의 산화수가 0이므로 N의 산화수는 -3이다.
반면 HNO3의 경우 H의 산화수 +1, O의 산화수는 -2이고 3개 있으므로 -6인데 화합물 전체의 산화수가 0이므로 이 때 N의 산화수는 +5가 된다. 산화환원반응에서 각 원소의 산화수를 계산하여 어떤 물질이 산화 또는 환원되었는지 쉽게 알 수 있다.
산화·환원반응의 가장 대표적인 경우가 화학전지이다. 아연과 구리로 만들어진 화학전지의 경우, 아연이 전자를 잃고 산화되고 구리는 전자를 얻고 환원된다. 자신은 환원되면서 다른 물질을 산화시키는 물질을 산화제, 반대로 자신은 산화되면서 다른 물질을 환원시키는 물질을 환원제라고 한다. 따라서 전자를 얻는 성질이 강할수록 강한 산화제, 전자를 잃는 성질이 강할수록 강한 환원제이다.
2.2. 일상속의 산화환원 반응
연소는 물질이 산소와 빠르게 반응하면서 열과 빛을 내는 반응이다. 숯의 성분인 탄소(C)가 완전 연소하면 이산화 탄소로 되며, 천연가스(LNG)의 주성분인 메테인이 연소하면 이산화 탄소와 물이 생성된다. 이처럼 연소 반응은 산화 환원 반응의 대표적인 사례라고 할 수 있다.
철은 자연에서 대부분 산소와 결합하여 철광석(산화 철)의 형태로 존재하므로, 철광석을 환원시켜 순수한 철을 얻는 철의 제련 과정에서도 산화 환원 반응이 일어난다. 코크스(C)의 불완전 연소로 일산화 탄소가 생성되고, 이 일산화 탄소가 철광석(Fe2O3)을 환원시켜 철로 만드는 반응이 진행된다. 또한 철광석에 포함된 이산화 규소(SiO2)를 제거하기 위해 석회석(CaCO3)을 이용하는데, 이때 석회석이 열분해되어 산화 환원 반응이 일어난다.
음식물의 부패, 과일의 갈변, 광합성과 호흡 등 일상생활에서도 산화 환원 반응이 관찰된다. 오래된 음식물이 산소와 반응(산화)하여 썩는 부패 현상이나, 과일을 깎아 공기 중에 두면 산화되...
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