[일반화학실험]화학 전지

실험 목적
: 자발적 화학 반응으로 일어나는 전자 이동을 이용하여 전기 에너지를 얻는전지의 원리를 알아보고, 몇 가지 금속 이온의 전기화학적 서열을 확인한다.

화합물은 양전하를 가진 원자핵 주변에 전자가 구름처럼 분포하여 구성된다. 원자나 분자를 둘러싸고 있는 전자는 원자왿� 분자의 종류에 따라서 쉽게 떨어져 나가서 다른 원자나 분자로 옮겨가기도 한다. 이때 전자를 잃어버리는 원자나 분자는 “산화”되었다고 하고, 전자를 받은 원자나 분자는 “환원”되었다고 한다. 이러한 산화-환원 반응은 산-염기 반응과 마찬가지로 화학의 여러 분야에서 널리 활용되고 있다. 녹색 식물의 광합성 반응과 사람을 비롯한 동물의 몸 속에서 일어나는 대사 과정도 대부분이 이런 산화-환원 반응으로 생체가 필요로 하는 에너지를 공급해주는 중요한 역할을 담당하고 있다. 분자들 사이에서 자발적으로 일어나는 산화-환원 반응을 이용해서 금속선을 통하여 전자가 흘러가도록 만들면 전기 에너지를 제공하는 전지(cell)을 만들 수 있다. 건전지자 제품의 대부분은 이런 화학 전지를 에너지원으로 사용하고 있다.
산화-환원 반응에서 이동하는 전자를 금속선을 통해 흐르는 전류로 만들기 위해서는 산화 반응과 환원 반응을 서로 분리한 반쪽 전지(half cell)을 금속선으로 연결한 “전지”(cell)를 이용한다. 특히 전류를 만들어서 전기 에너지원으로 사용하기 위한 화학 전지를 “갈바니 전지”(galvanic cell)라고 부른다. 화합물이 전자를 잃어버리거나 얻을 경우에는 전하를 가진 이온이 만들어지기 때문에 대부분의 전지는 이온을 안정화시킬 수 있는 수용액에서 일어나는 반응을 이용한다.

반쪽 전지에는 쉽게 이온화하여 산화 또는 환원될 수 있는 전해질(electrolyte)이 들어있다. 금속 전극은 금속선을 통해서 다른 쪽의 전극과 연결되어 있으며, 용액의 전하 변화를 상쇄시켜주기 위한 염다리(salt bridge)를 사용하기도 한다.