전기공학 실험 - 화학 전지[화학전지에 관한 것으로 농도에 따른 기전력 변화를 측정]
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(1) Abstract
이번 실험은 화학전지에 관한 것으로 농도에 따른 기전력 변화를 측정해 보고 이를 네른스트 식을 이용해서 이론적으로 계산한 수치와의 비교해 보았다. 그리고 여러 물질의 전기 전도성 여부도 실험해보았다. 마지막으로 염화은의 침전 반응을 이용하여 기전력의 변화를 측정하고 이를 통해 염화은의 용해도곱 상수를 구해보았다. 그러나 이론적인 측정값과 실제 측정된 실험값은 많은 차이를 보였으며 전압계의 수치가 일정하지 않아서 실험하는데 힘이 많이 들었다.
(2) Introduction 1)
다니엘 전지는 앞에서 본 바와 같이 아연과 아연 용액, 구리와 구리 용액의 두 반쪽 전지가 염다리와 외부 회로로 연결되어 있다. 이 때, 외부 회로에서 측정되는 전위를 이 전지의 기전력(E cell) 이라고 하는데, 이는 산화 전극의 전위와 환원 전극의 전위의 합이된다.
E cell = 환원 전위 + 산화 전위
= E cathode - E anode
그런데, 하나의 전극 전위를 독립적으로 측정하는 것이 불가능하고, 우리는 단지 전지의 기전력만 측정할 수 있으므로, 반쪽 전지들을 서로 비교하기 위해서는 기준이 될 수 있는 전극(reference electrode)이 필요하게 된다. 이는 위치 에너지가 기준에 따라 달라짐을 나타낸다. 규약에 따라 표준 수소 전극을 기준 전극으로 하고, 이 전극의 전위를 0으로 정하였다.
전지의 기전력에 관한 식과 표준 환원전위의 값으로부터, 많은 전지의 기전력을 계산할 수 있지만(Eocell=Eocathode-Eoanode), 이들이 표준 상태가 아닐 때에는 Nernst식이 필요하다.
Ecell = Eocell - (RT/nF) X ln Q
여기에, 상수 R, 온도 298K(25oC), F를 대입하면,
Ecell = Eocell - (0.0592/n) log Q (values in volts, at 25oC)
이 된다.
용해도를 나타내는 척도의 하나로 Solubility product가 있다. Solubility product(Ksp)란 고체 염이 해리하여 해당되는 이온으로 나뉘어지는 반응의 평형 상수로 정의된다.
AgCl(s) ↔ Ag+(aq) + Cl-(aq)
Ksp = [Ag+] [Cl-]
- 참고문헌
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(5) Reference
1) http://chem1.snu.ac.kr/~chemlab/exp/exp6.htm
2) Principles of Modern Chemistry, Oxtoby & Gillis & Nachtrieb, 4th ed., 1999, pp 374
3) Fundamentals of Organic Chemistry, John McMurry, 4th ed., Brooks/Cole, 1998, pp 462
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