,,,,화학 전지에서요,,,,

허를 찔린 질문이라 생각을 오래해 봤습니다.

 

조심 스러운 답변이지만

 

저는 화학 전지를 배우면서 한번도

 

이온의 이동을 전자의 흐름이라고 배운 적은 없습니다.

 

분명 화학전지는 하나의 회로라고도 말할 수 있지만,

 

어째서 도선에 전기가 흐르기 때문에

 

용액속에도 전기가 흘러야 한다고 생각해야하는 겁니까?

 

그것은 폐회로의 도선일 경우만 해당되는 것 아닌가요?

 

 

 

이 질문의 문제점은 화학전지의 용액을 마치 회로내의 저항처럼 생각한 데에 있는 것

 

같습니다. 실제로는 회로의 일부가 아닌 전지의 내부인데 말이죠.

 

자 그럼, 한번 봅시다.

 

기본적인 직류 폐회로에서는 전지가 만드는 전기 퍼텐셜로 인해

 

도선에는 전기가 흐릅니다.  그렇다면 전지의 내부는 어떻습니까?

 

그곳에서도 전류가 흐르는 거라고 말할수 있습니까?

 

그것은 말이 되지 않습니다.   어떻게 전자가

 

전기 퍼텐셜이 높은 곳으로 흘러 간다는 겁니까?

 

이것은 물이 폭포를 거슬로 올라간다는 소리 입니다.

 

 

제가 말하는 이 전지의 내부가 바로

 

화학전지의 용액부분입니다.

 

과연 용액 내에서  전류가 흐른다는 것이

 

맞냐고 물으신다면,  저의 대답은 아니라는 겁니다.

 

이온의 이동은 전기 퍼텐셜을 만들기 위한 것 (즉, 물을 다시 폭포 위로 올려주는

 

펌프같은 역할)으로 이해할 수 있지만 전류라고 생각하는 것은 무언가

 

핀트가 어긋난 것 같습니다.      

 

님께서 어렵게 가르쳐 달라고 했는데 어려울지 쉬울지 모르겠군요..

 

전지 즉 battery 라는 것은 기본적으로 화학에너지를 전기에너지로 변환시킬 수 있는 장치입니다.

이온화 경향이라던지 산화환원 전위라던지 하는 것을 배우신 기억이 있는지 모르겠는데요...

물질들은 모두들 자신만의 고유한 산화환원 전위(산화와 환원이 평형을 이루는 전위)가 있습니다. 이 산화환원 전위는 절대적인 측정이 불가능한 값이므로 일반적으로 기준이 되는 전위를 0으로 두고 사용합니다. 보통은 수소와 수소이온이 수용액내에서 산화와 환원이 평형을 이루는 전위를 0으로 둡니다.
H2 2H+ + 2e- (E = 0V)

예를 들면 구리의 산화환원 전위는 위의 수소반응에 대해서 약 0.34 V 쯤 되고요. 아연은 약 -0.77 V 쯤 됩니다. 이러한 아연과 구리를 양쪽의 극으로 사용하면 두 전극간의 전위차이(전압)은 약 1.1 V 내외가 되어서 이 전압의 차이가 없어지는 방향으로 반응이 진행되게 됩니다. 그럴 경우 구리극에서는 환원반응이 아연극에서는 산화반응이 일어나서 전자는 구리극에서 아연극으로 흘러가고 전류의 방향은 반대로 전위가 높은 극에서 전위가 낮은 극으로 흐른다고 표현합니다.

위의 것은 가장 간단하게 전위로 표현한 것이고요.
전지를 구성하기 위해서는 위의 양극과 음극 이외에도 양극과 음극 사이에 이온을 전달시킬 수 있는 매체가 필요합니다. 이 매체를 전해질이라고 합니다.

위의 아연과 구리를 황산구리 수용액이 들어있는 비이커에 담그면 전지가 형성됩니다. 그 상태에서 아연과 구리를 도선으로 연결하면 실제 반응이 시작되죠. 아연극에서는 아연이 녹아나오면서 아연이온과 전자로 나뉘고요 이 때 나온 전자는 외부 도선을 통해 구리극으로 이동하고 아연이온은 아연극에서 용액중으로 퍼져 나오게 됩니다. 그리고 양극에서는 외부도선으로 이동된 전자와 용액중의 구리이온이 만나서 구리가 붙게됩니다. 이 반응은 아연 전극이 완전히 녹아서 없어지거나 용액중의 구리이온이 완전히 소모될 때까지 계속 될 수 있습니다.

 

한마디로 요약하면요.. 화학전지는 산화 환원 반응의  전자 이동에 따른 원리로 나타낸거구요.. 수용액 속에 녹아있던 이온( 전해질 이온 혹은 양전극에 있는 +이온)들이  전자를 받아 고체로 환원되는 거에요... 이온들이 +이온이다 보니까  -전극에 가서 붙을 수도 있고 전해질의 -이온과도 결합할 수 도 있어요.. 혹은 음이온이 양전극에 가서 붙을 수도 있고요.. 그래서 겉으로보면 이온이 이동하는 것처럼 보이지만 결국에는 전자의 이동인거죠. 전자가 이동하니까 당연히 전류가 흐르는 거고 전압계를 이용해서 전압을 측정 할 수도 있는 거랍니다. 

 

참고로 위에있는볼타전지 산화 환원반응식 적어 드릴께요..

 

 

(-)극 : Zn Zn2+ + 2e- (산화, 질량감소)
(+)극 : Cu2+ + 2e- Cu (환원, 질량증가)
------------------------------------
전체반응식 : Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

 

아연판 (-)극 : 금속 아연은 수소보다 전자를 쉽게 잃고 녹아서 (+)이온으로 되어 황산 속으로 녹아들어간다.(황산 속의 H⁺ 보다 Zn이 이온화가 더 잘됨)

Zn → Zn²⁺  +  2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

구리판  (+)극 : H⁺이 구리판으로 이동해 간 전자를 받아서 H₂로 되어 구리판에서 발생한다.

2H⁺  +  2 → 2H → H₂↑

전체 반응 : Zn  +   2H⁺  →   Zn²⁺   +    H₂↑

 

 

이게 실제 사진에요~~^^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

흥미로운 질문입니다.

 

하지만 정의에 입각해서 설명한다면 그리 어려운 질문은 아닐 듯 하네요.

 

 

전하란 전기적 성질의 원인이 되는 물리량입니다.

 

그리고 전류란 전하를 띠고 있는 입자의 흐름을 말합니다.

 

이 입자들을 전하운반체라고 합니다.

 

 

도체에서 전하운반체 역할을 하는 것은 자유전자입니다.

 

한편, 용액에서 전하운반체 역할을 하는 것은 이온들입니다.

 

 

전류의 정의를 일정한 도선의 단면을 단위 시간당 지나가는 전자의 개수라고 하셨는데

 

사실 이 정의는 도체의 경우에만 해당될 뿐입니다. (전류가 아니라 전류의 세기죠 사실)

 

이온들의 움직임을 전자로 변환시켜 생각할 필요는 없습니다.

 

도체에 있느냐 용액에 있느냐에 따라 전하를 운반하는 매개체, 즉 전하운반체가

 

서로 다를 뿐 전류의 본질 자체는 같은 것입니다.

 

 

전류의 세기를 정의할 때 전자의 흐름을 통해 설명하는 것은

 

단지 공식화하기 용이하기 때문이라고 생각해요.

 

이온들의 움직임으로 전류의 세기를 정의하기에는 여간 번거로운 것이 아니기도 하고요.

 

 

답변이 도움이 되었는지 모르겠군요^^

 

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