화학 전지 실험

목차

Ⅰ. Abstract & Introduction
Ⅱ. Data & Results
<실험 A>
<실험 B>
<실험 C>
Ⅲ. Discussion

본문내용

Ⅰ. Abstract & Introduction

현재 우리는 일상 생활 속에서 수많은 종류의 전지를 사용하고 있다. 작은 워크맨에 들어가는 소형 건전지에서부터, 휴대폰의 전지, 자동차에서 사용하는 납축전지이 이르기까지 전지가 없는 세상은 상상할
수도 없게 되었다. 그렇다면 이렇게 우리에게 유용한 전기 에너지를 발생시켜주는 전지의 원리는 무엇인가에 대해 궁금증을 가지지 않을 수 없다.
에너지는 언제 어디서나 어떤 반응 전후에나 항상 보존된다고 알려져 있다. 물론 핵반응의 경우 질량-에너지 보존을 생각해야 하겠지만 이 경우에도 질량을 하나의 에너지로 보면 에너지는 언제나 보존된다는 것을 알 수 있다.
화학전지는 전기 에너지를 공급할 수 있는 능력이 있다. 에너지는 언제나 보존된다고 했으므로 이 전기 에너지는 다른 형태의 에너지로부터 전환되었을 것이다. 우리는 일반적으로 이 에너지를 화학 에너지라고 부른다. 그래서 전지의 이름도 화학전지인(화학 전지 말고도 태양 전지, 원자력 전지와 같이 물리 작용을 이용한 물리 전지도 있다) 것이다.
화학에너지의 근원은 결국에는 전자와 관련이 있다. 원소마다 이온화 에너지 및 전자 친화도는 다른 값으로 나타난다. 즉 원소마다 전자를 좋아하는 경향이 다른 것이다. 이 때문에 두 가지 다른 물질에 전자가 이동할 수 있는 경로를 만들어 주게 되면 전자를 좋아하는 경향의 차이에 의해 자발적인 산화, 환원반응이 일어나게 되고, 이 과정에서 발생하는 에너지가 전기 에너지로 전환되는 것이다.

<실험 A>

전지를 만들 때에 사용한 두 물질의 표준 환원전위의 값을 알 때 만약 두 물질 모두 표준상태에서 1M농도라면 전지가 나타낼 수 있는 전압은 다음과 같을 것이다.



그러나 이 실험의 경우 용액의 농도가 항상 1M인 것은 아니다. 이 경우에는 Nernst Equation을 써서 나타날 기전력의 값을 예상할 수 있다. Nernst Equation은 다음과 같이 주어진다.



여기서 인 패러데이 상수,은 반응물이 반응할 때 발생하는 전자의 몰수,는 반응비이다. 이 실험에서 , 이므로 이다. 그리고임을 알 수 있다.
이제 우리가 더 구해야 될 것은 반응비이다. 이 실험에서는인데 이 값을 구하기 위해서는 당연히와의 값을 알아야 한다. 그러나나 의 경우 물에 잘 녹는 물질로서 물 속에 용해될 때 거의 100%해리한다고 가정하면와의 값은와의 값을 쓰면 된다. 이에 따라 이론적인 전위차의 값을 구하면 다음과 같다(물의 온도는 15℃를 사용).

의 농도1M0.1M0.01M예상 전위(V)1.1031.0741.046

위의 값을 보면 실험결과와는 상당한 차이가 있음을 알 수 있다. 하지만 확실히 알 수 있는 것은의 농도가 낮아지면서 전위차도 떨어진다는 것이다. 이것은 반응비가 커지기 때문에 나타나는 현상이고 이로 볼 때 Nernst Equ

참고자료

· ① http://electrochem.kyungnam.ac.kr/battery/전지/전지종류.htm
· ② Principles of Modern Chemistry; 4th edition; Oxtoby, Gillis, Nachtrieb; Saunders College Publishing;