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"electrochemistry using Cu electrode"에 대한 내용입니다.
목차
1. 부식의 전기화학적 분석
1.1. 부식의 개념과 형태
1.2. 산화-환원 반응과 전기화학
1.3. 전기화학적 부식 메커니즘
1.4. 전위 극화법과 타펠 외삽법
2. 갈바닉 전지와 네른스트 방정식
2.1. 산화-환원 반응과 갈바닉 전지
2.2. 네른스트 방정식의 이해
2.3. 갈바닉 전지 실험 및 데이터 분석
3. 순환 전압전류법 (Cyclic Voltammetry)
3.1. 전기화학 분석법의 개요
3.2. 순환 전압전류법의 원리
3.3. 실험 장치 및 데이터 해석
3.4. Fe(CN)6^3-의 순환 전압전류 곡선 분석
4. 참고 문헌
본문내용
1. 부식의 전기화학적 분석
1.1. 부식의 개념과 형태
부식이란 환경과의 상호작용에 의한 재료의 성질의 저하를 말한다. 대부분의 금속(그리고 그 물질에 대한 많은 재료)의 부식이 불가피한데, 이는 시스템의 Gibbs 에너지 감소에 그 근본적인 원인이 있다. 거의 모든 금속(및 금속으로 만들어진 엔지니어링 구성품)의 생산은 시스템에 에너지를 제공하지만, 이런 열역학 원리로 인해 금속은 구동력이 강하여 천연의 저에너지 산화물 상태를 회복할 수 있게 된다. 이러한 자연산화물 상태로의 회복 현상을 부식이라고 하는데, 이는 불가피하지만 많은 장애물(부식 제어 방법)을 사용해 부식 상태로의 진행을 늦출 수 있다."
1.2. 산화-환원 반응과 전기화학
산화-환원 반응과 전기화학은 부식 현상을 이해하는데 필수적인 개념이다. 산화-환원 반응이란 전자를 주고받는 화학반응으로, 화학종이 전자를 잃어 산화되거나 전자를 얻어 환원되는 과정이다. 전기화학은 이러한 산화-환원 반응을 이용하여 전기에너지를 생산하거나 화학반응을 유도하는 학문 분야이다.
전지 내에서는 자발적으로 산화-환원 반응이 일어나며, 양극에서는 산화 반응이 일어나 전자가 방출되고 음극에서는 환원 반응이 일어나 전자를 받아들인다. 이 때 생성된 전자가 외부 회로를 통해 이동하면서 전기 에너지가 발생한다. 이러한 과정을 통해 갈바닉 전지라 불리는 자발적인 전기화학 전지가 형성된다.
반면 전기화학적 부식은 두 금속이 전해질 용액에 접촉되어 발생하는데, 전위차에 의해 산화-환원 반응이 일어나며 전자가 이동하면서 부식이 진행된다. 이러한 부식 과정에서 양극 부분은 산화되어 금속 이온으로 용출되고, 음극 부분에서는 환원 반응이 일어나 수소 기체가 발생하거나 산소가 환원된다. 이와 같은 전기화학적 메커니즘에 의해 부식이 진행되며, 전위 극화법과 타펠 외삽법 등의 분석법을 통해 부식 특성을 평가할 수 있다."
1.3. 전기화학적 부식 메커니즘
전기화학적 부식 메커니즘은 전해질이 존재하는 환경에서 서로 다른 금속이 접촉할 때 발생하는 부식 현상을 설명한다. 금속이 전해질 용액에 노출되면 전극 반응이 일어나며, 이에 따라 양극과 음극이 형성된다.
양극에서는 금속의 산화 반응이 일어나 금속 이온이 용액 중으로 방출된다. 이때 발생한 자유전자는 금속을 통해 음극으로 흐르게 된다. 음극에서는 용액 중의 산소나 수소 이온이 환원 반응을 일으켜 전자를 소비하게 된다. 이러한 산화-환원 반응이 동시에 진행되면서 전위차가 발생하게 되고, 이것이 전기화학적 부식의 구동력이 된다.
전기화학적 부식은 주로 금속 표면에서 국부적으로 일어나는데, 금속의 불균일성이나 응력 분포 등의 요인으로 인해 특정 부위에서 양극 반응이 선택적으로 진행된다. 이렇게 국부적인 부식이 일어나면 시간이 지날수록 미세한 구멍이나 틈새가 점점 확장되어 궁극적으로 부품의 파괴로 이어질 수 있다.
전기화학적 부식 메커니즘을 이해하는 것은 부식 방지 및 제어 기술의 개발에 매우 중요하다. 금속과 전해질의 화학적 특성, 온도, pH 등 다양한 요인이 부식 반응에 영향을 미치므로, 이를 종합적으로 고려하여 부식 문제를 해결할 수 있다.
1.4. 전위 극화법과 타펠 외삽법
전위 극화법과 타펠 외삽법은 부식률 측정에 널리 사용되는 양극화 방법 중 하나이다.
전위 극화법(Potentiodynamic polarization method)은 지정된 환경에서 특정 재료의 부식 메커니즘, 부식속도 및 민감성에 관한 중요한 정보를 제공한다. 이 방법은 작동 전...
참고 자료
What is Corrosion? The Electrochemical Society Interface • Spring 2006 by Barbara A. Shaw and Robert G. Kelly
CORROSION AND CORROSION CONTROL by [Engineering Chemistry] January 2008. Syed Shabudeen P.S.
Graphene Surfaces Karim Kakaei, ... Ali Ehsani, in Interface Science and Technology, 2019
Stanbury E.E, Fundamentals Of Electrochemical Corrosion (2000) p.104~109
그림 < 6 >: R.A.Buchaman and E.E.Stansbury, Basic Electrochemistry p.121
J.A.Beran, LABORATORY MANUAL FOR PRINCIPLES OF GENERAL CHEMISTRY(10thedition),WILEY, 2013, p.357-368
