[전기화학의 기본개념] 전기화학과 화학적 개념의 대비









전기화학적 개념과 화학적 개념의 유사성



전기화학은 전자이동과 관련된 화학이므로 일반적인 화학의 원리와 관련 식들이 그대로 적용되고 있다. 단지 용어가 약간 다를 뿐이다. 그러므로, 전기화학적인 용어와 개념을 일반적인 화학의 용어와 개념과 대비하여 설명함으로서 전기화학에 쉽게 접근할 수 있는 자신감을 심어 줄 수가 있다. 


 
화학
전기화학
관계식
양
moles (C)
charge (Q)
Q = nFC
반응속도
moles/s (v)
current (i)
i = Q/t = nFC/t
반응에너지
ΔG
Ecell
ΔG = -nFEcell
표 1. 전기화학과 화학적 개념의 대비


화학적인 양을 나타내는 SI 단위는 몰(mole)이다. 전기화학적 반응에 의해 변화된 양은 흐른 전하량을 측정하여 패러데이의 법칙에 따라 계산할 수 있다. 예를 들면, 2전자전달반응을 하는 물질을 완전히 변환시킬 때 97 쿨롱의 전하량이 사용되었다면, 이 변환된 물질의 양은 97 (C)/(2 x 96487 (C/mole)) = 0.00050 몰(mole), 즉 0.50 mmole 임을 계산할 수 있다.


그러므로, 전기화학적으로 측정할 수 있는 반응은 양에 대한 정보를 정확히 알 수 있게 된다. 전기적인 신호를 측정하는 기술이 현재 제일 많이 발전되었기 때문에 국제표준국에서는 양에 대한 표준값을 정하는 방법으로 전하량 측정법(coulometry)을 권하고 있다.

화학반응속도는 단위시간 당 변환된 물질의 양이므로 이는 단위 시간 당 흐른 전하량, 즉 전류와 마찬가지의 의미를 갖는다. 그러므로, 전기화학 실험을 하여 흐르는 전류의 값을 측정하였다는 의미는 전기화학 반응속도를 측정하였다는 것과 동일한 의미이다.

그러므로, 전기화학적인 방법이 반응속도 측정에 의한 반응 메카니즘 규명에 무척 유용하게 쓰인다. 참고로 전류법(amperometry)이란 측정시료의 양에 비례하여 흐르는 전류값이 증가하기 때문에 이를 물질의 정량에 이용하는 방법인데, 이에 익숙한 사람들이 자칫, 전류하면, 양으로 직접 연관시키는 잘못을 범하기 쉽다. 초기농도가 크기 때문에 반응속도가 빨라지고, 이 반응속도가 전류와 비례하기 때문에 양을 측정하는 방법이라는 것을 명심하기 바란다.


화학반응에너지는 열역학적으로 가장 중요한 변수 중의 하나로서 화학반응의 자발성, 물질의 변환에 따른 에너지 출입을 나타내는 지표가 된다.

전기화학적 방법에 의해 전압으로 측정되는 두 전극전위 간의 차이는 바로 반응에너지의 대표격인 깁스의 자유에너지 변화와 관련된다. 그러므로, 표준전극전위와 네른스트 식에 의해 계산되는 두 전극전위의 차이는 그 반응의 자유에너지 변화와 직접 관련이 된다. 단지 부호만 반대일 뿐이다.















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