전기공사기사 금속의 부식 — 전지·전해 반응과 금속의 산화환원

부식과 전지는 같은 산화환원 반응을 반대 방향으로 이용하는 관계다. 전지에서는 금속이 산화되며 전자를 내놓아 전류를 만들고, 전해에서는 외부 전류가 금속 이온을 환원시켜 금속을 석출시킨다. 납축전지의 방전 반응은 PbO2 + Pb + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O로, 충전 상태에서 양극은 이산화납, 음극은 납이지만 방전이 끝나면 두 극 모두 황산납이 된다.

전지의 구성은 전해액으로 구분한다. 르클랑셰 전지는 음극에 아연, 양극에 탄소와 이산화망간, 전해액에 염화암모늄 수용액을 쓰는 1차 전지다. 황산은 납축전지, 황산구리는 다니엘 전지의 용액이므로 서로 바꾸어 놓은 선지를 소거한다. 망간건전지의 정식 이름이 르클랑셰 전지라는 점도 함께 기억한다.

전기화학당량은 전기량과 석출량을 잇는 값이다. 전기 1쿨롱이 흐를 때 전극에 석출되는 물질의 질량을 뜻하므로 단위는 g/C다. 질량을 전기량으로 나눈 비율(Z=m/Q)이라는 정의를 단위에서 역으로 확인할 수 있다.

물의 전기분해에서는 순수한 물의 낮은 도전율을 보완한다. 물 자체는 이온이 거의 없어 전류가 잘 흐르지 않으므로, 가성소다(NaOH)와 가성칼리(KOH)를 약 20% 첨가해 이온을 공급하고 도전율을 높인다. 첨가는 전극을 보호하거나 열을 줄이기 위한 것이 아니라 전해 전류를 확보하기 위한 것이다.

전기화학의 응용은 출발 소재로 갈린다. 광석을 산으로 녹인 용액을 전해액으로 쓰고 음극에 순금속을 전착시키면 전해 채취이고, 불순한 조금속을 양극에 두고 같은 금속염 용액에서 음극에 고순도 금속을 얻으면 전해 정제다. 전해 정제가 최대 규모로 행해지는 금속은 구리이며 순도 99.99%의 전기동을 만든다. 원형 위에 전기도금을 두껍게 쌓은 뒤 떼어 내 복제품을 만드는 것은 전주다. 태양전지는 p-n 접합의 광전효과로 빛을 직접 전기로 바꾸는 물리전지다.