Àü±â ºÐÇØ ¹ÝÀÀÀÇ Æ¯Â¡

Àü±âºÐÇØ(electrolysis)´Â ¹ÝÀÀ ¿ë±â(cell)¿¡ Àü±â ¿¡³ÊÁö¸¦ °¡Çؼ­ ¹°ÁúÀÇ ºÐÇØ ȤÀº º¯È¯À» À¯µµÇÏ´Â ¸ðµç ¹ÝÀÀÀ» ¸»ÇÑ´Ù.

Àü±â ºÐÇØ¿¡ ÇÊ¿äÇÑ Àü±â ¿¡³ÊÁö´Â Àü±ØÀ» ÅëÇØ¼­ °ø±ÞµÈ´Ù. »ç¿ëµÇ´Â Àü±ØÀº Àü±â°¡ È帣´Â ¹°ÁúÀÌ¸é µÈ´Ù. ±×·¯¹Ç·Î ¸ðµç ±Ý¼ÓÀº ¹°·Ð, Èæ¿¬(¿¬ÇÊ ½É) µîÀÇ ÀüµµÃ¼µµ Àü±ØÀ¸·Î »ç¿ëÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù.

Àü±â ¿¡³ÊÁö´Â ¿ÜºÎ Àü¿øÀ¸·ÎºÎÅÍ Àü±Ø°ú Á¢ÃËÇϰí ÀÖ´Â È­ÇÐ ¹°Áú±îÁö °ø±ÞµÈ´Ù. ±× °á°ú È­ÇÐ ¹°Áúµé(ºÐÀÚ È¤Àº ÀÌ¿Â)Àº Àü±ØÀ» ÅëÇØ¼­ ÀüÀÚ¸¦ ¹Þ¾ÆµéÀ̰ųª, È­ÇÐ ¹°ÁúÀÌ °¡Áö°í ÀÖ´ø ÀüÀÚ¸¦ Àü±Ø¿¡ ÁÖ°í ³ª¸é »êÈ­ ȤÀº ȯ¿øÀÌ µÇ¾î »õ·Î¿î È­ÇÐ ¹°Áú·Î º¯½ÅÀ» ÇÑ´Ù. Ư±âÇÒ Á¡ÀÌ ÀÖ´Ù¸é Àü±âºÐÇØ¿¡¼­ ³ªÅ¸³ª´Â È­ÇÐ ¹ÝÀÀÀº ÀüüÀûÀ¸·Î ±ÕÀÏÇÏ°Ô ÁøÇàµÇ´Â ¹ÝÀÀÀÌ ¾Æ´Ï¶ó, Àü±Ø ÁÖÀ§¿¡¼­¸¸ ÁøÇàµÇ´Â ºÒ±ÕÀÏ(heterogeneous) ¹ÝÀÀÀ̶ó´Â Á¡ÀÌ´Ù.

 

Àü±â ºÐÇØ ÀåÄ¡ÀÇ ±¸¼º

Àü±â ºÐÇØ¸¦ À§Çؼ­´Â ÀüÇØ ¿ë±â, 2°³ÀÇ Àü±Ø, »êÈ­ ȤÀº ȯ¿øÀÌ µÉ ¼ö ÀÖ´Â È­ÇÐ ¹°Áú(È­ÇÐÁ¾), ÀüÇØÁú, Àü¿ø(Àü±â ¿¡³ÊÁö °ø±ÞÀåÄ¡)ÀÌ ÀÖ¾î¾ß µÈ´Ù.

Àü±ØÀº È­ÇÐ ¹°Áú¿¡ ÀüÀÚ¸¦ °ø±ÞÇÏ´Â ¼ö´ÜÀ̱⵵ ÇÏÁö¸¸, °æ¿ì¿¡ µû¶ó¼­´Â Àü±Ø ÀÚü°¡ Á÷Á¢ ¹ÝÀÀ¿¡ Âü¿©Çϱ⵵ ÇÑ´Ù. ¹ÝÀÀÇÏ´Â È­ÇÐ ¹°ÁúÀº ÀüÇØÁú(electrolyte)¿¡ ³ì¾Æ ÀÖ´Ù.

ÀüÇØÁúÀº ¿ë±â³»ÀÇ »óÅÂ(¾×ü ȤÀº °íü)°¡ Àüµµ¼º(conductivity)À» ¶î ¼ö ÀÖ°Ô ÇØÁØ´Ù. Àü¿øÀº Àü¼±À¸·Î Àü±Ø°ú ¿¬°áµÇ¾î ÀÖ°í, ¿ë±â ³»ºÎ´Â Àüµµ¼ºÀ» ¶ì´Â ÀüÇØÁú·Î ä¿öÁ® À־ Àü±â°¡ È带 ¼ö ÀÖ´Â °ÍÀÌ´Ù.

ÀüÇØÁúÀº ¿ë¸Å¿¡ ³ì¾Æ¼­ ¾çÀ̿°ú À½ÀÌ¿ÂÀ¸·Î ºÐ¸®µÇ´Â ¹°Áú·Î, ´Ü¼øÈ÷ ¿ë¾×ÀÇ Àüµµ¼ºÀ» À¯ÁöÇÏ´Â ¿ªÇÒÀ» ÇÏÁö¸¸, °æ¿ì¿¡ µû¶ó¼­´Â Àü±Ø ¹ÝÀÀ¿¡ Á÷Á¢ Âü¿©Çϱ⵵ ÇÑ´Ù. ¿¹¸¦ µé¾î ¿°È­³ªÆ®·ý(NaCl, ¿°È­¼Òµã)Àº ±×°ÍÀÌ ³ì¾ÆÀÖ´Â ¿ë¾×ÀÇ Àüµµ¼ºÀ» À¯Áö½ÃÄÑ ÁØ´Ù. ¶ÇÇÑ Æ¯Á¤ÇÑ ¹ÝÀÀ Á¶°Ç¿¡¼­´Â ³ªÆ®·ý À̿ ȤÀº ¿°¼Ò ÀÌ¿ÂÀÌ Àü±Ø ¹ÝÀÀ¿¡ Âü¿©ÇÏ¿© ±Ý¼Ó ³ªÆ®·ý ȤÀº ¿°¼Ò °¡½º·Î º¯ÇÑ´Ù. Àü¿ø(DC Àü¿ø ȤÀº ÀüÁö)Àº +±Ø°ú -±ØÀÌ ÀÖ´Ù. ÀüÁö Àü¿øÀº +, -·Î Ç¥±âÇØ ³õ¾Æ ½±°Ô ±¸ºÐÀÌ µÈ´Ù. Ç¥±â°¡ ¾ø´Â °æ¿ì¿¡´Â »¡°£»ö ´ÜÀÚ(terminal)°¡ +±Ø, °ËÁ¤»ö ´ÜÀÚ°¡ –±ØÀÎ °ÍÀÌ ÀϹÝÀûÀÌ´Ù.

Àü¿øÀÇ +±ØÀº ÀüÇØ¿ë±âÀÇ + Àü±Ø¿¡, -±ØÀº ÀüÇØ¿ë±âÀÇ – Àü±Ø¿¡ ¿¬°áÇÏ¿© »ç¿ëÇÑ´Ù.

 

¹°ÀÇ Àü±â ºÐÇØ

¼ø¼öÇÑ ¹°Àº Àü±â°¡ È帣Áö ¾ÊÀ¸¹Ç·Î Àü±âºÐÇØ¸¦ ÇÒ ¼ö ¾ø´Ù. µû¶ó¼­ ¹°À» Àü±âºÐÇØ ÇÏ·Á¸é ÀüÇØÁúÀÌ ³ì¾Æ ÀÖ´Â ¼ö¿ë¾×ÀÌ ÇÊ¿äÇÏ´Ù. ¿¹¸¦ µé¾î¼­ Ȳ»ê³ªÆ®·ý(Na2SO4)À» ³ìÀÎ ¹°¿¡´Â ³ªÆ®·ýÀÌ¿Â(Na+)°ú Ȳ»êÀÌ¿Â(SO4 2-)ÀÌ Æ÷ÇÔµÈ ÀüÇØÁú ¿ë¾×ÀÌ µÇ°í, Àü±â°¡ È带 ¼ö ÀÖÀ¸¹Ç·Î ¹°ÀÇ Àü±â ºÐÇØ°¡ °¡´ÉÇÏ´Ù. ±×·¯¹Ç·Î 2°³ÀÇ Àü±ØÀ» ´ã±×°í Àü±â ¿¡³ÊÁö¸¦ °ø±ÞÇϸé Àü±Ø ÁÖÀ§¿¡ dzºÎÇÏ°Ô Á¸ÀçÇÏ´Â ¹°ÀÌ Àü±â ºÐÇØ µÈ´Ù. ¸¶Âù°¡Áö·Î ¹°¿¡ ÁøÇÑ È²»êÀ» ³ÖÀº ¹±Àº Ȳ»ê ¿ë¾×¿¡¼­µµ ¹°ÀÇ Àü±â ºÐÇØ°¡ ÀϾ´Ù. ÀÌ °æ¿ì¿¡ Ȳ»êÀº 'ÀüÇØÁú' ¿ªÇÒµµ ÇÏÁö¸¸, µ¿½Ã¿¡ Ȳ»êÀÌ ÇØ¸®µÇ¸é¼­ »ý¼ºµÇ´Â ¼ö¼Ò ÀÌ¿ÂÀÌ Á÷Á¢ ¹ÝÀÀ¿¡ Âü¿©ÇϹǷΠ'È­Çй°Áú' ¿ªÇÒµµ ÇÏ´Â ¼ÀÀÌ´Ù. ±×·¯¹Ç·Î ¹±Àº Ȳ»ê ¿ë¾× ȤÀº Ȳ»ê ³ªÆ®·ý ¼ö¿ë¾×¿¡ 2°³ÀÇ Åº¼Ò(ȤÀº ±Ý¼Ó) Àü±ØÀ» ´ã±×°í, Àü¿øÀ» ¿¬°áÇÏ¸é °¢ Àü±Ø¿¡¼­ ¼ö¼Ò °¡½º(H2(g))¿Í »ê¼Ò °¡½º(O2(g))°¡ ¹ß»ýÇÑ´Ù.

¿ë¾×ÀÌ Áß¼º ȤÀº ¿°±â¼ºÀÌ¸é – Àü±Ø¿¡¼­ ¼ö¼Ò(H2(g))°¡ ¹ß»ýÇϸ鼭 µ¿½Ã¿¡ ¼ö»êÈ­ ÀÌ¿Â(OH-)ÀÌ »ý¼ºµÈ´Ù. ¿ë¾×ÀÌ »ê¼ºÀÌ¸é ¼ö¼Ò ÀÌ¿ÂÀÌ È¯¿øµÇ¾î ¼ö¼Ò°¡ ¹ß»ýÇÑ´Ù. +Àü±Ø¿¡¼­´Â »ê¼Ò(O2(g))°¡ ¹ß»ýÇÏ´Â µ¿½Ã¿¡ ¼ö¼Ò ÀÌ¿ÂÀÌ »ý¼ºµÈ´Ù. ¿ë¾×À» ÈçµéÁö ¾Ê°í Àü±â ºÐÇØ¸¦ °è¼ÓÇÏ¸é – Àü±Ø ÁÖÀ§´Â ¿°±â¼ºÀ¸·Î, +Àü±Ø ÁÖÀ§´Â »ê¼ºÀ¸·Î º¯ÇÑ´Ù. ±×·¯³ª ¿ë¾×À» Àß ÀúÀ¸¸é Àü±â ºÐÇØ·Î »ý¼ºµÈ ¼ö»êÈ­ À̿°ú ¼ö¼Ò ÀÌ¿ÂÀÌ ¹ÝÀÀÇÏ¿© ¹°ÀÌ µÇ¹Ç·Î ¿ë¾× ÀüüÀÇ pH´Â º¯ÇÔÀÌ ¾ø´Ù. °á±¹ ¹°À» Àü±â ºÐÇØ ÇÏ¸é – Àü±Ø¿¡¼­´Â ¼ö¼Ò°¡, + Àü±Ø¿¡¼­´Â »ê¼Ò°¡ ¹ß»ýµÈ´Ù. À̰ÍÀ» ÀÌ¿ëÇϸé Àá¼öÇÔ È¤Àº ¿ìÁÖ¼±¿¡¼­ ÇÊ¿ä·Î ÇÏ´Â »ê¼Òµµ Áï¼®¿¡¼­ Á¦Á¶ÇÒ ¼ö ÀÖ´Ù. Àü±â ºÐÇØ¸¦ ÅëÇØ¼­ »ê¼Ò¸¦ ¸¸µå´Â °úÁ¤¿¡¼­ »ý»êµÇ´Â ¼ö¼Ò´Â ´ýÀÌ´Ù.

(- Àü±Ø) 2H2O(l) + 2e ¡æ H2(g) + 2OH-(aq) (¿°±â¼º)

(- Àü±Ø) 2H+(aq) + 2e ¡æ H2(g)

(+ Àü±Ø) 2H2O(l) ¡æ O2(g) + 4H+(aq) + 4e(»ê¼º)

 

¼Ò±Ý¹°ÀÇ Àü±â ºÐÇØ

¿°È­ ³ªÆ®·ý(NaCl) ¿ë¾×¿¡ 2°³ÀÇ Àü±ØÀ» ´ã±×°í ¿ÜºÎ¿¡¼­ ±× Àü±Ø¿¡ Àü¿øÀ» ¿¬°áÇϸé Àü±âºÐÇØ°¡ ½ÃÀ۵ȴÙ. À̶§ – Àü±Ø¿¡¼­´Â ¼ö¼Ò¿Í ¼ö»êÈ­ ÀÌ¿ÂÀÌ »ý¼ºµÇ¸ç, + Àü±Ø¿¡¼­´Â ¿°¼Ò °¡½º (Cl2(g)) °¡ ¹ß»ýÇÑ´Ù. ÀÌ·± ¹æ¹ýÀº ¿°¼Ò °¡½º¸¦ »ý»êÇÏ´Â °ø¾÷Àû ¹æ¹ý(Chloralkali process)À¸·Î 100³â ÀÌ»óÀÇ ¿ª»ç¸¦ °®°í ÀÖ´Ù.

¿ë¾×¿¡´Â ÀüÇØÁúÀÇ ÀϺÎÀÎ ³ªÆ®·ý ÀÌ¿Â(Na+)°ú Àü±â ºÐÇØ °á°ú »ý¼ºµÈ ¼ö»êÈ­ ÀÌ¿Â(OH-)ÀÌ ¸¸³ª ¼ö»êÈ­ ³ªÆ®·ý(NaOH) ¿ë¾×ÀÌ µÈ´Ù.

¼Ò±Ý¹°ÀÇ Àü±âºÐÇØ ¹æ¹ý. °¡¿îµ¥ ¸âºê·¹ÀÎÀÌ ¼³Ä¡µÇ¾î ÀÖ°í, +±Ø¿¡¼­ ¿°¼Ò °¡½º¸¦ ¾òÀ» ¼ö ÀÖ´Ù.

Àü±â ºÐÇØ¸¦ °è¼ÓÇϸé ÁøÇÑ ¼ö»êÈ­ ³ªÆ®·ý ¿ë¾×ÀÌ Çü¼ºµÇ¸ç, ±×°ÍÀ» ³óÃàÇÏ¸é ¼ö»êÈ­ ³ªÆ®·ý °áÁ¤À» ¾ò´Â´Ù. ¿°¼Ò°¡½º¸¦ ¾ò±â À§Çؼ­ Àü±â ºÐÇØ¸¦ ÇÏÁö¸¸, ¼ö»êÈ­ ³ªÆ®·ýÀ» ºÎ»ê¹°·Î ¾ò´Â´Ù. Àϼ®ÀÌÁ¶°¡ µû·Î ¾ø´Ù. + Àü±Ø¿¡¼­ »ý¼ºµÈ ¿°¼Ò °¡½º°¡ – Àü±Ø¿¡¼­ »ý¼ºµÈ ¼ö»êÈ­ À̿ ¶Ç´Â ¼ö¼Ò °¡½º¿Í ¹ÝÀÀÀ» ÇÏ¸é º»·¡ ¿øÇß´ø ¿°¼Ò °¡½º ´ë½Å ¿øÄ¡ ¾ÊÀº È­ÇÐ ¹°ÁúÀÌ ¸¸µé¾î Áø´Ù. ÀÌ·± ºÎ°¡ ¹ÝÀÀÀ» ¸·±â À§Çؼ­ – Àü±Ø°ú + Àü±Ø »çÀÌ¿¡ ¸·(membrane)À» ¼³Ä¡ÇÏ¿© µÎ ±ØÀ» °Ý¸®½ÃÄÑ ³õÀ¸¸é ¿øÇÏ´Â ¿°¼Ò °¡½º¿Í ¼ö»êÈ­ ³ªÆ®·ýÀ» ¾òÀ» ¼ö ÀÖ´Ù.

(- Àü±Ø) 2H2O(l) + 2e ¡æ H2(g) + 2OH-(aq)

(+ Àü±Ø) Cl-(l) ¡æ Cl2(g) + 2e

 

Àü±â ºÐÇØ¿¡¼­ÀÇ ¾çÀû °ü°è

1833³â ÆÐ·¯µ¥ÀÌ(Michael Faraday, 1791~1867)´Â Àü·ù¿¡ ÀÇÇØ »ý¼ºµÈ »ý¼º¹°°ú ¼Ò¸ðµÇ´Â ¹°ÁúÀÇ ¾çÀº ¹°ÁúÀÇ Á¾·ù¿Í °ü°è¾øÀÌ ÀüÇÏ·®¿¡ ºñ·ÊÇÔÀ» ¹àÈ÷°í ÀüÀÚ 1¸ôÀ» °ø±ÞÇϱâ À§ÇØ ÀüÇØÁú ¿ë¾×¿¡ Èê·Áº¸³»´Â ÀüÇÏ·®À» 1F(ÆÐ·¯µ¥ÀÌ)¶ó°í Á¤ÀÇÇÏ¿´´Ù. Áï, 1¸ôÀÇ ÀºÀÌ¿Â(Ag+)¸¦ ȯ¿ø½ÃÄÑ 1¸ôÀÇ Àº(Ag)±Ý¼ÓÀ» ¾òÀ¸·Á¸é 1F¿¡ ÇØ´çÇÏ´Â ÀüÇÏ·®ÀÌ ÇÊ¿äÇϸç ÀÌ °ªÀº ÀüÀÚÀÇ ÀüÇÏ·® 1.6022×10-19C(Äð·Õ)¿¡ ¾Æº¸°¡µå·ÎÀÇ ¼ö¸¦ °öÇÑ °ªÀ¸·Î ¾à 96500C¿¡ ÇØ´çÇÑ´Ù