제목 | 답변완료 전자에너지 질문 | ||||||
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질문유형 | 강좌내용 | 교수님 | 다몽 | ||||
과목 | 배터리 | 강좌명 | |||||
작성자 | 민*재 (K*****e) | 등록일 | 2024-07-04 16:24 | ||||
교수님 이전에 답변 달아주신 내용 잘 알겠습니다. 덕분에 여기저기 흩어져있던 퍼즐이 점점 맞춰지는 것 같습니다!
이전에 질문드렸던 내용을 바탕으로 조금만 더 질문드리고 싶습니다. 이번에도 조금 길어졌습니다..감사합니다.
1. 금속의 환원 경향성의 척도 교수님 혹시 어떤 금속의 환원 경향성을 판단할 때 표준환원전위를 척도로 하는 것은 그리 일반적이지는 않는 방법일까요? 보통 금속의 환원 경향성은 이온화에너지 경향이나 전자친화도 개념으로 접근하는 게 더 일반적일지 궁금합니다.
2. 전위도 크게 보면 에너지의 개념? 전위의 단위가 V인데 V=J/C이니까, 1V는 "단위 전하 당" 1J 만큼 에너지를 얻거나 잃는 전위차라고 알고 있는데요 그러면 앞으로 전기화학에서 potential(전위)이라는 개념을 생각할 때 에너지는 에너지인데 단위 양전하를 기준으로 생각한 "(위치)에너지"의 개념이라고 받아들이면 될까요? 수업 때 전자의 에너지의 증가방향과 전위의 방향을 반대로 설명해주셔서 여쭤봅니다.
3. 전극이 원래 갖고 있던 전위? 전극을 전해질에 담기 전에도 전극을 구성하는 금속의 양이온과 자유전자에 의해 전기장이 존재할 텐데 (아니면 상쇄되나요..?) 그러면 전해질에 담기 전의 전극도 그 금속에 의해 얼마간의 전위를 가지고 있나요?
4. 전자전달(electron transfer) 전극을 전해질에 담그면 전자를 얻거나 잃는 경향성 차이에 의해 전자전달이 발생하고 전위차가 발생한다고 해주셨는데요,
(1) 여기서 전자를 얻거나 잃는 경향성이라는 게 표준환원전위표 정보를 통해 알 수 있는 정보를 말씀하시는 건가요? 예를 들어 구리의 표준환원전위=0.34V이므로 "전해질은 전자를 얻어 환원될 것이고, 전극은 전자를 잃어 산화될 것"이라는 정보에서 볼 수 있는 그 경향성을 말씀하시는 건가요?
(2) 계면 사이에 전위차가 발생하는 이유 제가 이번 질문에서 가장 여쭤보고 싶은 부분입니다.. half cell의 경우에서 구리전극을 담그면 전자전달에 의해 전극은 (+), 전해질은 (-)로 분극된다고 해주셨는데요, 전위의 정의-"단위 양전하를 무한대 지점에서 해당 지점까지 가져오는데 가해주어야 하는 에너지(일)"-에 비추어 생각해보면 (+)쪽으로는 양전하가 오기 힘드니까(전기장에 이겨내며) 에너지(일)를 가해주어야 하니 전위가 크다고 말할 수 있겠고, (-)쪽으로는 양전하가 오기 쉬우니까(전기장 방향을 따라) 반대로 에너지를 가해줄 필요가 없으므로 전위가 작다고 말할 수 있을텐데요 그러니까 정리하자면 표준환원전위에서 알 수 있는 경향성을 통해 전자 이동의 경향성을 알 수 있고, 그러한 전자의 이동에 의해 계면을 사이로 두 상이 분극되며, 이러한 분극이 위와 같은 메커니즘으로 두 상 사이에 전위차를 발생시킨다 이렇게 보면 될까요?
5. 상에서의 전위
표준전극전위 설명해주실 때, Pt고체 상, H 전해질 상, Fe 전해질 상, Pt고체 상에서 갖는 전위를 계단식으로 표현해 주셨는데요 그림처럼 금속 내부의 전위랑 전해질의 전위는 각 상에서 일정하게(그림상에서 일직선으로; 계단식) 유지되나요?
바쁘신 와중에도 항상 친절히 알려주셔서 감사합니다. 답변 완료된 질문과 답변은 수정 및 삭제가 불가합니다. |
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안녕하세요 다몽입니다 ^^
1. 어느 방법이 더 일반적이라기 보다는, 세 방법 모두 환원 경향성을 판단하는 데에 이용할 수 있다 정도로 이해하는게 좋을 것 같아요 ㅎㅎ
실제 실험을 할 때에도 "전자친화도가 더 일반적이니까 전자친화도를 바탕으로 판단해야겠다" 라고 하기 보다는 세 부분들을 다 고려해서 판단하고 실험을 진행하니까요. 마찬가지로, 표준환원전위가 이 순서니까 환원 경향성은 무조건 이렇게 되겠지 하는 식으로 판단하는건 좋지 않을 것 같습니다.
2. 네, 포텐셜의 정의가 그렇긴 하니까요. 다만, 포텐셜의 정의를 너무 깊게 생각하면 너무 어려워지고, 그냥 단순히 우리가 일반적으로 재는 voltage 값이 내려가고 올라간다 정도로만 생각해도 좋을 것 같아요.
3. 전위라는 건 두 금속을 연결해야만 잴 수 있으니까, 얼마만큼의 전위를 가지고 있을까 생각하기는 어려울 것 같아요. 또, 두 전극을 연결해서 볼티지를 잰다고 하더라도, 전해질에 의해 전자의 흐름이 발생할 수 없으므로 전위가 뜨지 않을 것입니다.
4.
(1) 네 맞습니다. 표준환원전위표를 통해서 둘 중 어떤 전극이 환원될지/산화될지를 예상할 수 있어요 (2개의 half cell을 연결해주었을 때).
하지만, 구리 half cell에서는 구리의 표준환원전위만으로는 알 수 없습니다. 어떤 금속을 구리와 연결하여 전해질에 넣어주느냐에 따라 다르겠죠.
이건 전해질의 에너지 레벨 (LOMO/HOMO)과 구리(금속)의 에너지레벨을 비교해야 하는 부분입니다.
(2) (1)에서 언급해드렸듯이, half cell에서는 표준환원전위가 아니라 전해질 에너지 레벨 vs 금속의 에너지레벨을 비교해야 합니다.
하지만 이 이후에 언급해주신
"그러한 전자의 이동에 의해 계면을 사이로 두 상이 분극되며, 이러한 분극이 두 상 사이에 전위차를 발생시킨다 "
는 맞는 표현이 되겠습니다.
5. 아주 미세하게 보면 일직선/계단식으로 유지되지는 않습니다.
few nano meter 수준에서 생기는 electric double x-la가 생길 수 있기 때문에요.
잠깐 언급해주신, 전극 표면에 +전하를 띄는 이온들은 더 가까이가고... 하는 부분에 의해서 또 다른 층이 생길 수 있을 것이고,
그것에 따라서 정확히 보면 일직선으로 나타나지는 않습니다.
하지만 표준전극전위에 대한 이해를 돕기 위해 이에 대한 부분은 무시해준 그림이에요^^
항상 열심히 공부하시느라 수고가 많습니다.
항상 화이팅입니다^^
- 2024-07-11
- 2024-12-12 수정