구리 황산 전해질의 전기분해 원리

전기분해

전기분해는 전류가 이온화된 용액인 전해질을 통해 하나의 전극에서 다른 전극으로 통과하는 전기화학적 과정입니다. 이 과정에서 양이온 또는 캐토이온은 음극 또는 카트로드로 이동하고, 음이온 또는 아노이온은 양극 또는 아노드로 이동합니다.

전기분해의 원리를 이해하기 전에, 먼저 전해질이 무엇인지 또는 전해질의 정의를 알아야 합니다.

전해질의 정의

전해질은 원자들이 이온 결합으로 강하게 연결되어 있지만, 물에 녹일 때 분자들이 양이온과 음이온으로 분리되는 화학물질입니다. 양전하를 가진 이온은 캐토이온, 음전하를 가진 이온은 아노이온으로 불립니다. 캐토이온과 아노이온은 용액에서 자유롭게 이동합니다.

전기분해의 원리

이온 결합에서는 한 원자가 외각 전자를 잃고 다른 원자가 전자를 얻습니다. 결과적으로 한 원자는 양이온이 되고 다른 원자는 음이온이 됩니다. 서로 반대되는 전하 때문에 서로 끌어당겨 이온 결합을 형성합니다. 이온 결합에서 이온 사이의 힘은 쿨롱력이며, 매질의 유전율에 반비례합니다. 수의 상대 유전율은 20oC에서 80입니다. 따라서 어떤 이온 결합 화학물질이 물에 녹으면 이온 사이의 결합력이 매우 약해져서 그 분자가 캐토이온과 아노이온으로 분리되어 용액에서 자유롭게 이동합니다.

이제 두 개의 금속 막대를 용액에 담그고, 전위차를 배터리를 통해 외부적으로 두 막대 사이에 적용하겠습니다.

이 부분적으로 담근 막대는 기술적으로 전극이라고 부릅니다. 배터리의 음극에 연결된 전극은 카트로드, 양극에 연결된 전극은 아노드라고 합니다. 자유롭게 이동하는 양이온은 카트로드에, 음이온은 아노드에 끌려갑니다. 카트로드에서는 양이온이 음극에서 전자를 받아 중성 상태가 되고, 아노드에서는 음이온이 양극에 전자를 주어 중성 상태가 됩니다. 카트로드와 아노드에서 지속적으로 전자를 주고 받으려면, 전기 회로에서 전자의 흐름이 필요합니다. 즉, 전류가 배터리, 전해질, 전극으로 구성된 폐회로를 따라 계속 순환합니다. 이것이 가장 기본적인 전기분해의 원리입니다.

구리황산염의 전기분해

구리황산염(CuSO4)을 물에 넣으면 물에 녹습니다. CuSO4는 전해질이므로, Cu+ + (캐토이온)과 SO4 − − (아노이온) 이온으로 분리되어 용액에서 자유롭게 이동합니다.

이제 두 개의 구리 전극을 그 용액에 담그겠습니다.

Cu+ + 이온(캐토이온)은 배터리의 음극에 연결된 전극, 즉 카트로드로 끌려갑니다. 카트로드에 도달하면 각 Cu+ + 이온은 전자를 받아 중성 구리 원자로 변합니다.

마찬가지로 SO4 − − (아노이온) 이온은 배터리의 양극에 연결된 전극, 즉 아노드로 끌려갑니다. 따라서 SO4 − − 이온은 아노드로 이동하여 두 개의 전자를 내어 SO4 라디칼로 변합니다.

하지만 SO4 라디칼은 전기적으로 중성 상태로 존재할 수 없으므로, 구리 아노드를 공격하여 구리황산염을 형성합니다.

위의 과정에서 전자를 얻은 중성 구리 원자는 카트로드에沈思中...