| 산소 | 수소 | 전자 | 산화수의 변화 | |
| 산화 (Oxidation) | 얻음 | 잃음 | 잃음 | 증가 |
| 환원 (Reduction) | 잃음 | 얻음 | 얻음 | 감소 |
- 환원제 : 다른 물질을 환원 시키는 물질, 자기 자신은 산화되는 물질
- 산화제 : 다른 물질을 산화 시키는 물질, 자기 자신은 환원되는 물질
일반적으로 산화와 환원은 상기와 같은 현상을 지칭한다.
그 중에서도 전기화학적인 측면에서 산화, 환원에 대해서 정리해보고자 한다.
실험이나 공부를 하면서 은근히 헷갈려서 다시 생각해야 할 때가 많다.
- 전기화학 반응 = 전자가 관여된 산화 또는 환원 반응.
전자의 이동 측면에서,
화합물에서 전극으로 전자가 이동하는 반응이 산화 반응 (Oxidation reaction)
전극으로부터 전자가 방출되어 화합물로 이동하는 반응이 환원 반응 (Reduction reaction)
위 그림은 전극의 전자 에너지를 조절하여 전기화학 반응을 유도하는 과정을 나타내고 있다.
전극 내 전자의 에너지와 용액에 녹아 있는 어떤 화합물의 전자 에너지를 비교하면, 전기화학 반응이 가능한지 여부를 판단할 수 있다.
전자는 높은 에너지 상태에서 낮은 에너지 상태로 이동하려고 하므로,
만약 전극 내 전자의 가장 높은 에너지 준위가 용액 내 화합물의 전자 에너지 준위보다 높다면 전자는 화합물로 이동하여 환원 반응이 일어나게 된다.
이때, 화합물 내의 전자 에너지를 표현하는 방법으로 분자궤도함수가 사용된다.
화합물은 서로 다른 종류의 분자 궤도함수를 가지고 있으며, 전자가 채워진 가장 높은 분자궤도함수(Highest Occupied Molecular Orbital, HOMO)와 전자가 채워지지 않은 가장 낮은 분자궤도함수 (Lowest Unoccupied Molecular Orbital, LUMO)가 그림에 표현되어 있다.
일정 전위기를 이용하여 전극 내 전자의 에너지를 HOMO보다 낮은 상태로 만들게 되면, 전자가 화합물로부터 전극 내로 이동하여 산화 반응이 가능하게 되며, 반대로 전극 내 전자의 에너지를 LUMO보다 높은 상태로 만들게 되면 전자가 전극으로부터 화합물로 이동하여 환원 반응이 가능하게 된다.
- 전기화학 셀 (Electrochemical cell) = 전기화학 반응이 일어나는 장치
- Electrolyzer/Electrolytic cell (전해 셀)
전기에너지의 공급을 통해 전기화학 반응을 유도하고 그를 통해 화합물을 얻는 장치
- Galvanic cell (갈바니셀)
자발적 전기화학 반응을 통해 얻는 장치
- 배터리 (Battery)
일차전지 (Primary battery) : 방전
이차전지 (Secondary battery) : 충/방전
연료전지 = 연료 (수소, 일산화탄소)를 지속적으로 공급하여 전기 에너지를 생산하는 장치
- Anode (산화전극) 와 Cathode (환원전극) : 전류의 흐름으로 정의
전류의 방향은 전하의 움직임을 나타내며, 전자(음전하)가 움직이는 방향과 반대 방향으로 정의
| Cathode (환원전극) | Anode (산화전극) |
| - 음전하로 하전된 전극 - 양이온 또는 양전하를 끌어 당김 - 실질적으로 전자를 제공하는 역할을 하며 양전하를 받아 들일 수 있음 - 외부회로로 전류가 흘러나가는, 또는 외부 회로에서 전자가 들어오는 방향을 가짐 |
- 양전하로 하전된 전극 - 전자 또는 음이온을 끌어 당김 - 양전하를 생성하거나 전자 수용체 (electron acceptor) 일 수 있음 - 외부 회로에서 전류가 들어오는, 또는 외부 회로로 전자가 나가는 방향 |
'Study > General' 카테고리의 다른 글
| [일반화학] Arrhenius equation (아레니우스 식) (0) | 2023.05.03 |
|---|