전해전지

1. 본문

전해 전지(Electrolytic Cell)는 외부에서 전기 에너지를 공급받아 화학 반응을 일으키는 전기화학 전지입니다. 즉, 전기 에너지를 사용하여 비자발적인 화학 반응을 유도하는 장치입니다.
전해 전지의 구성 및 작동 원리

• 전극: 전해 전지는 양극(+)과 음극(-)의 두 전극으로 구성됩니다. 이 전극들은 전해질 용액에 담겨 있습니다.
• 전해질: 전해질은 이온을 포함하고 있어 전류가 흐를 수 있게 하는 물질입니다. 수용액 상태의 이온 결합 화합물이나 이온 전도성 폴리머 등이 사용됩니다.
• 외부 전원: 외부 전원은 전극 사이에 전압을 가하여 전자를 이동시킵니다.
• 산화-환원 반응:
• 양극 (Anode): 전자를 잃는 산화 반응이 일어납니다. 전해질 내 음이온이 양극으로 이동하여 전자를 잃습니다.
• 음극 (Cathode): 전자를 얻는 환원 반응이 일어납니다. 전해질 내 양이온이 음극으로 이동하여 전자를 얻습니다.

전해 전지와 갈바니 전지의 비교| 특징 | 전해 전지 | 갈바니 전지 (화학 전지) |

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| 에너지 변환 | 전기 에너지 → 화학 에너지 | 화학 에너지 → 전기 에너지 |

| 자발성 | 비자발적 (외부 전원 필요) | 자발적 |

| 깁스 자유 에너지 | 양 (+) | 음 (-) |

| 양극 전하 | 양 (+) | 음 (-) |

| 음극 전하 | 음 (-) | 양 (+) |

| 전자의 흐름 | 외부 전원 → 음극 → 양극 (외부 회로) | 양극 → 음극 (외부 회로) |

| 예시 | 물의 전기분해 (수소, 산소 생성), 금속 정제, 전기 도금 | 건전지, 축전지, 연료 전지 |
전해 전지의 활용

• 전기 분해: 물을 전기 분해하여 수소와 산소를 생산하는 등, 특정 화합물을 분해하는 데 사용됩니다.
• 금속 정제: 광석에서 금속을 추출하거나 불순물을 제거하여 순수한 금속을 얻는 데 사용됩니다.
• 전기 도금: 다른 금속 표면에 얇은 금속 층을 입히는 데 사용됩니다.

참고 사항

• 전해 전지에서는 전극 자체가 반응에 참여하지 않는 경우, 백금(Pt)이나 탄소(C)와 같이 반응성이 작은 물질을 전극으로 사용합니다.
• 수용액을 전기 분해할 때는 물의 이온화도 고려해야 합니다.
• 전기 분해를 통해 1가 이온 1몰(mol)을 생성하기 위해서는 96,485.3C의 전하량이 필요합니다. (패러데이 상수)