전해조란?

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전해 전지는 전기 에너지가 비자발적 산화 환원 또는 산화 환원 반응을 일으키기 위해 소비되는 전기 화학 장치입니다 . 자발적인 산화 환원 반응에서 전기 에너지를 생성하는 갈바닉 또는 볼타 전지 의 반대입니다 .

전해 전지에서 일어나는 많은 비자발적 반응은 화합물이 구성 요소나 더 간단한 화학 물질로 분해되는 것과 관련이 있습니다. 전기로 구동되는 이러한 종류의 용해 또는 분해 프로세스를 전기분해라고 하며, 여기에서 전기분해 셀의 이름을 얻습니다.

전해 전지는 전기 에너지가 화학적 위치 에너지로 변환되도록 합니다. 그것들은 또한 오늘날 우리가 알고 있는 사회가 없이는 존재할 수 없는 많은 야금 공정의 기초를 형성합니다.

전해 전지 대 전기 화학 전지

전해 전지와 관련된 개념은 전기 화학 전지의 개념입니다. 후자의 개념에는 약간의 구분이 있습니다. 일부 저자는 산화-환원 반응이 두 전극 사이의 전류와 관련된 모든 셀이 반응이 자발적인지 여부에 관계없이 전기화학 셀을 나타낸다고 생각합니다. 이러한 관점에서 볼 때, 전해 전지는 특정 유형의 전기화학 전지였습니다.

한편, 다른 저자 그룹은 전기화학 전지를 자발적인 산화 환원 반응이 전류를 생성하는 전지로 정의합니다. 이 경우 전해 전지는 전기 화학 전지의 정반대입니다.

이러한 딜레마에 관계없이 전해 전지의 특징은 자발적이지 않은 산화환원 반응을 포함하므로 발생하기 위해 외부 소스로부터 에너지 입력이 필요하다는 것입니다.

세포, 반쪽 세포 및 반쪽 반응

이름에서 알 수 있듯이 모든 산화-환원 반응은 두 가지 별개이지만 상호 연관된 과정인 산화와 환원을 포함합니다. 산화는 전자를 잃는 것이고 환원은 전자를 얻는 것입니다. 알짜 화학 반응에서 살아갈 원자가 없는 고아 전자는 있을 수 없기 때문에 서로 없이 산화와 환원이 일어날 수 없습니다. 그러나 두 프로세스가 동일한 사이트에서 발생하는 것이 필수는 아닙니다.

이 마지막 사실은 전기화학 전지 및 전해 전지의 존재 이유를 나타냅니다. 전해조는 산화환원반응의 산화과정과 환원과정이 물리적으로 분리되어 있으면서도 도체를 통해 산화가 일어나는 곳에서 환원이 일어나는 곳으로 전자의 흐름을 가능하게 하는 실험장치에 지나지 않는다. 이러한 반쪽 반응이 일어나는 별도의 구획을 반쪽 전지 라고 하고 각 반쪽 반응이 일어나는 특정 위치 또는 표면을 전극 이라고 합니다 .

모든 전기화학 또는 전해 전지는 전극의 특성, 각 전극에서 발생하는 특정 반쪽 반응, 각 반쪽 전지에 존재하는 용액의 구성 및 농도에 의해 정의됩니다. 또한, 산화-환원 반응의 자발성은 소위 세포 전위(E 세포 로 표시됨 )에 의해 결정됩니다.

양성 세포 전위는 자발적인 반응을 의미하는 반면, 세포 전위가 음성이면 반응이 자발적이지 않을 것입니다. 따라서 우리는 다시 전해 전지를 음극 전지 전위를 갖는 전지로 정의할 수 있으며, 작동하려면 전기 에너지가 필요합니다.

전해 전지의 작동

다음 그림은 일반적인 일반 전해 전지의 구성 요소를 보여줍니다.

전해 전지의 작동

알 수 있듯이 셀은 전해질 용액(전기 전도를 보장하고 전기 회로를 닫음)에 잠긴 두 개의 전극( 양극 및 음극 )으로 구성되며 전기 전도체를 통해 연결됩니다. 직류 전원(전기 벽에 연결된 회색 상자)을 통과합니다.

이 일반 전해 전지에서 발생하는 반쪽 반응은 이미지의 오른쪽에 표시됩니다. 알 수 있는 바와 같이 전지 전위(전체 반응의 전지 전위)는 음수이므로 전자(역시 음수임)는 양극에서 음극으로 흐르는 경향이 없습니다.

그러나 전원이 켜지면 셀 전위를 상쇄하고 초과하는 전위차가 발생하여 전자가 도체를 통해 이동하여 산화 환원 반응이 발생합니다.

정의에 따르면 전해 전지에서 양극은 산화가 일어나는 전극이며 일반적으로 왼쪽에 표시됩니다. 대신 음극은 환원이 일어나는 곳이며 오른쪽에 그려져 있으므로 전자는 항상 양극에서 음극으로 흐릅니다.

(스페인어로) 이것을 기억하는 쉬운 방법은 “모음은 모음과 함께 가고 자음은 자음과 함께 간다”는 것입니다.

Ánode , Oxidationleft는 모음으로 시작하므로 모두 함께 이동합니다. 반면 Cathode , ReductionRight 는 모두 자음으로 시작하므로 함께 이동합니다.

전해 전지 용도

전해조는 현대 생활 방식에 필수적이라고 말할 수 있습니다. 이것은 첫째, 전적으로 전기분해 공정에 의존하는 많은 필수 산업 때문이고, 둘째, 화학적 위치 에너지의 형태로 전기 에너지를 저장하는 능력의 기초를 형성한다는 사실 때문입니다. 전해 전지의 가장 중요한 응용 분야는 다음과 같습니다.

금속 생산 및 정제

알루미늄과 구리와 같이 인간에게 가장 중요한 일부 금속 은 전해 전지를 통해 산업적으로 생산됩니다. 그들은 또한 알칼리 금속(리튬, 나트륨 및 칼륨)과 같은 활성 금속과 마그네슘과 같은 일부 매우 중요한 알칼리 토금속을 얻는 몇 안 되는 방법 중 하나를 나타냅니다.

할로겐 생산

불소 및 염소와 같은 할로겐은 화학 산업에서 매우 중요합니다. PVC 및 Teflon과 같은 많은 석유 유도체 생산에 필수적인 시약이며 매일 생명을 구하는 약물의 수많은 합성 공정에 사용됩니다. 이러한 할로겐의 주요 공급원은 이온을 포함하는 염의 전기분해입니다.

에너지 저장

위에서 언급한 바와 같이 전해 전지는 전기 에너지를 화학 에너지의 형태로 저장할 수 있습니다. 이에 대한 가장 확실한 예는 모든 충전식 배터리의 충전 과정입니다. 전해 전지가 없으면 우리가 매일 사용하는 대부분의 모바일 장치에 전원을 공급하는 리튬 배터리를 재충전할 수 없습니다. 물의 전기분해는 기체 수소 생산의 기초이며 , 이는 Blue Origin의 Blue Shephard , Jeff Bezos의 항공 우주 회사 와 같은 로켓의 청정 연료로 사용되거나 일부 연료 전지의 전기 에너지원으로 사용될 수 있습니다. 전기차 모델.

전해 전지의 예

물의 전기분해

물의 전기분해는 0.1M 황산용액에 전류를 흘려서 수행되며 관련된 반쪽 반응과 전체 반응은 다음과 같습니다.

전기분해의 예: 물의 전해조

용융 염화나트륨의 전기분해

용융 염화나트륨에서 이온은 전기를 전도하는 전하 운반체 역할을 합니다. 이것이 산업 수준에서 나트륨이 생산되는 방식입니다.

전기분해 예: 염화나트륨 전해 전지

참조

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Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

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