[전기화학의 기본개념] 전극과의 전자 전달반응









상호 간의 전자전달



두 물질 A와 B, 상호 간의 전자전달을 전기적인 신호로 끌어내기 위해서는 앞서 설명한 바와 같이 전극이 필요하다. 그러므로, 전극을 통한 전자전달은 반쪽반응 및 전체반응과 달리 아래 그림 1와 같이 표현할 수 있게 될 것이다.


그림 1. 전극을 통한 전자전달반응


위의 전자전달은 자발적으로 일어날 수도 있고, 전극을 이용하여 전기적인 에너지를 가해주어 일어나게 할 수도 있을 것이다. 

그림 1에서 보는 것처럼 전기화학반응에서 관찰하게 되는 가장 기본적인 과정이 전극과 반쪽전지를 이루는 하나의 물질과의 전자전달인데, 아래의 그림 2과 같이 표현하여 그림 1의 반쪽들을 더 자세히 살펴보면 쉽게 그 과정을 이해할 수 있게 된다. 자발적으로 전자전달이 일어나는 경우는 그림 2(a), (b)와 같이 표현할 수 있을 것이다. 

물질 A의 에너지준위가 물질 B보다 높기 때문에 전극을 이용하여 도선으로 연결하게 되면 자발적으로 전자 이동이 일어날 것이다. 이 경우 흐른 전류, 즉 전자의 이동은 A가 속해 있는 용액과 B가 속해 있는 용액의 에너지가 같아져 평형을 이룰 때까지 지속될 것이다. A의 에너지준위가 B보다 낮은 경우는 자발적으로 전자의 이동이 불가능하고, 외부에서 전극을 통하여 전기적인 에너지를 가해 주어 각각의 반응을 독자적으로 일어나게 할 수 있게 된다. 

그림 2(c)의 경우처럼, A라는 물질이 전극과 반응하지 않고 평형을 이루고 있을 때 외부의 전기적인 에너지에 의해 전극의 전위를 + 방향으로 움직여 준다는 것은 전극의 전자 에너지 준위를 낮추어 주는 것이므로 어느 이상이 되면, 물질 A로부터 전극으로의 전자전달이 일어나게 된다. 전극이 전자받개 역할을 하고, 물질 A는 산화된 것이다.

이때 이 전극은 산화전극(anode) 역할을 한 것이다. 거꾸로 그림 6(d)의 경우처럼, 전극의 전위를 - 방향으로 움직여 준다는 것은 전극의 전자 에너지 준위를 높여주는 것이므로 어느 정도 되면 용액상의 물질 B로의 전극으로부터의 전자전달이 가능해진다. 이때는 전극이 전자주개의 역할을 하며 B를 환원시켰으므로 환원전극(cathode)의 역할을 한 것이다.



그림 2. 전극과 물질간의 전자전달 도시















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