개념 한 쪽
부식 현상은 재료 선택과 장치 수명에 결정적 영향을 미치므로, 발생 기구에 따라 적절한 제어 방식을 선택해야 한다고 본다. 부식은 전기화학적 기구와 단순 화학 반응으로 구분되며, 전자의 이동과 전해질의 존재 유무가 핵심 판별 기준이라고 정의한다.
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출제기준 단원 「부식, 방식」의 공개 문제 3개를 묻는 꼴별로 나누면 이렇습니다.
| 묻는 꼴 | 문제 수 | 무엇을 묻나 |
|---|---|---|
| 부식 기구 판별 | 1 | 전자의 이동 여부로 전기화학적 부식인지 판단하기 |
| 전해액 저항 조작 | 1 | 전해액 저항을 낮추기 위한 조작 조건을 고르기 |
| 전지 분류 구별 | 1 | 1차 전지와 2차 전지의 구분 기준으로 해당 전지 고르기 |
부식의 기본 분류는 전기화학적 부식과 화학적 부식으로 구분한다. 전기화학적 부식은 금속 표면에서 산화환원 반응이 일어나 전자가 이동하고 전류가 흐르는 형태를 보이며, 전해질이 존재해야 발생하기 쉽다고 본다. 이 유형의 예로는 철의 녹 생성, 알루미늄의 산화피막 형성, 서로 다른 금속의 접촉 시 발생하는 갈바닉 부식이 포함된다고 설명한다.
반면 단순한 화학적 반응은 전해질 내에서의 전자 이동과 전기적 회로 형성이 필수 조건이 아니며, 열분해나 화학적 환원에 의해 금속이 변환되는 과정에 해당한다고 설명한다. PbS로부터 Pb를 석출시키는 반응은 전해질과 전자 이동을 전제로 하는 전기화학적 부식과 구별되는 화학적 기구에 속한다고 본다.
장치 재료의 선택에서는 사용 환경에서의 안정성이 중요한 변수로 작용한다고 제시한다. 전기화학적 부식을 방지하려면 전해질 접촉을 최소화하거나 전위 차를 줄여 갈바닉 결합을 피하는 설계가 필요하다고 권고한다. 또한 부식 제어를 위해서는 재료의 전기화학적 성질과 주변 환경을 함께 고려하여 적절한 방식을 채택해야 한다고 권한다.
전기화학적 공정과 전지 관련 내용은 상호 연관 지어 이해할 필요가 있다고 말한다. 예컨대 전해액의 전도성은 이온 이동에 의해 좌우되므로 전해액의 온도와 이온농도를 조절하면 전기적 저항을 변화시킬 수 있고, 이는 전기화학적 부식의 속도나 전해 관련 공정 효율에도 영향을 준다고 설명한다.
문제 유형으로는 전기화학적 부식 여부 판단 문제가 자주 출제된다고 본다. 예를 들어 여러 변화 과정 중 전자의 이동과 전해질의 관여 여부를 확인하여 PbS의 석출처럼 전기화학적 기구와 다른 반응을 고르는 것이 정답이 된다고 제시한다. 또한 전해액의 저항을 낮추기 위한 조작으로는 전해액 온도를 높이고 이온 농도를 증가시키는 것이 유효하다고 설명한다.
가성소다 공업에서 전해액의 저항을 낮추기 위해서 수행하는 조작은?
정답 ③ · 가성소다 전해조에서 전해액의 저항을 감소시키는 조작을 묻는 문제이다. 전해액의 전도도는 이온 농도가 높을수록, 온도가 높을수록 증가한다.
전해액의 저항은 온도가 높을수록, 이온 농도가 높을수록 낮아지므로 두 조건을 모두 만족하는 조작이 정답이다.
다음 중 1차 전지가 아닌 것은?
정답 ④ · 문항은 제시된 전지들 가운데 충전이 가능한 2차 전지를 찾는 문제이다. 수은전지, 알칼리 망간 전지, Leclanche 전지는 일회용인 1차 전지에 해당하고 재충전이 불가능하거나 비효율적이다.
1차 전지는 일회용인 반면, 니켈카드뮴전지는 충방전이 가능한 2차 전지이므로 1차 전지가 아닌 것은 니켈카드뮴전지이다.
장치재료의 선택에는 재료가 사용되는 환경에서의 안정성이 중요한 변수가 된다. 다음의 재료 변화에 대한 설명 중 반응기구가 다른 것은?
정답 ① · Fe가 녹(Fe(OH)3)으로 변하는 현상, Al 표면이 산화되어 Al2O3 피막을 형성하는 현상, 그리고 산용액 내에서 Cu와 Zn이 접촉할 때 Zn이 먼저 용출되는 현상은 모두 전기화학적(전기적) 반응기구에 의한 부식 또는 산화입니다. 반면, PbS로부터 Pb를 석출하는 반응은 단순한 열분해나 환원 반응 등 다른 화학적 기구에 해당합니다.
전기화학적 부식은 이온 이동과 전류 흐름이 수반되므로, 단순 화학적 환원 반응은 반응구가 다르다.
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