부식발생의 원인-전지전위와 기전력

부식발생의 원인

-전지전위(電池電位; Cell Potential)와 기전력(起電力; EMF seris)

전지전위의 표시 및 계산을 간단히 하기 위해서 반전지전위(半電池電位: half-cell potential)의 개념이 도입되었다. 임의의 반전지 반응을 기준으로 하여 그것의 전위를 0으로 하고 다른 모든 반전지전위는 이 기준전위에 대해서 표시되고 계산된다.

이 기준 반응으로서 어떤 반전지 반응을 채택해도 무방하지만 일반적으로 수소-수소이온 반응(2H+ + 2e- = H2)이 채택된다. 가역수소전극(可逆水素電極)을 설명하기가 수월하기 때문이다. 예로서, 아연과 수소이온 사이의 반응을 생각해 보자.

이 반응은 두 개의 반전지 반응으로 나누어 생각할 수 있다.

수소기체로부터 전극을 만드는 것이 불가능하므로 불활성전극(不活性電極: inert electrode)이 사용된다.

위 그림에서 보는 바와 같이 아연전극과 백금전극을 사용함으로써 아연과 그 이온 그리고 수소기체와 그 이온 사이의 가역전지가 설정되었다. 아래 그림에 보인 것처럼 백금 전극은 전기화학 반응에 대한 불활성기지로서 작용한다. 백금전극의 한 지점에서 수소이온이 수소기체로 환원되고 다른 한 지점에서는 수소기체가 수소이온으로 산화되면서 이 두 지점 사이에 전자의 이동이 발생한다. 여기서 주목해야 할 것은 백금전극은 이 반응에 참여하지 않으며 단지 이 반응이 일어날 수 있는 기지로서 작용한다는 것이다. 다른 금속들도 가역수소전극으로 작용할 수 있지만 백금이 가장 많이 사용되는 이유는 백금이 불활성이며 또한 그 표면에서 전자 이동이 수월하기 때문이다.

위 그림에 나타낸 전지는 0.763 volt 의 전위를 가지며 수소전극에 비해 부(負)이다.
수소전극은 전위가 0인 것으로 정의되었기 때문에 아연반전지의 전위는 -0.763%It가 된다.

같은 방법으로 다른 반전지전위도 계산될 수 있으며 아래 표에 그 값들을 나열했다. 이 표는 기전력계열(起電力系列 ; EMF series), 반전지전위(半電池電位 ; half-cell potential) 혹은 산화-환원전위(酸化-還元電位)라 불린다. 산화환원전위를 줄여서 리닥스전위(redox potential)라 부르기도 한다.

아래 표에 나타낸 값들은 전부 단위 활동도, 25℃에서의 전위임을 명심해야 한다. 이 표에 제시된 값을 사용함으로써 어떤 전기화학 반응에 대한 전지전위를 계산해 낼 수 있다. 예를 들어, 구리전극과 아연전극 사이의 전위 차이는 1.1volt임을 알 수 있고 구리전극이 아연전극에 비해 정(正)임을 알 수 있다. 이처럼 반전지전위를 사용하면 전지전위를 쉽게 계산할 수 있다.

	금속-금속이온 평형 (단위 활동도)	수소전극에 대한 전극전위
↑ 귀방향 (음극적) 활성방향 (양극적) ↓	u-Au⁺³ Pt-Pt⁺² Pd-Pd⁺² Ag-Ag⁺ Hg-Hg⁺² Cu-Cu⁺² H2-H⁺ Pb-Pb⁺² Sn-Sn⁺² Ni-Ni⁺² Co-Co⁺³ Cd-Cd⁺³ Fe-Fe⁺² Cr-Cr⁺³ Zn-Zn⁺² Al-Al⁺³ Mg-Mg⁺² Na-Na⁺ K-K⁺	+1.498 +1.2 +0.987 +0.799 +0.788 +0.337 0.000 -0.126 -0.136 -0.250 -0.277 -0.403 -0.440 -0.744 -0.763 -1.662 -2.363 -2.714 -2.925