표준 환원 전위를 이용해 전지의 전체 기전력을 계산하는 법이 궁금해요

Question

표준 수소 전극을 기준으로 각 물질의 환원 전위 값들을 표로 정리했을 때, 환원 전위가 큰 물질이 음극(산화)이 될지 양극(환원)이 될지 판단하고 전지의 표준 기전력(E°cell)을 구하는 공식이 궁금합니다.

Answer 1

안녕하세요. 박재화 전문가입니다.

표준 환원 전위는 물질이 전자를 받아 환원되려는 정도를 나타내는 값입니다. 값이 클수록 환원이 더 잘 일어나는 것이지요.

그래서 두 전극을 비교했을 때 환원 전위가 큰 쪽이 양극에서 환원되고, 작은 쪽이 음극에서 산화가 됩니다. 전지의 표준 기전력은 양극의 환원 전위에서 음극의 환원 전위를 빼서 계산하면 됩니다. 표준 수소 전극은 환원 전위를 0.00V로 정해 다른 전극의 전위를 비교하는 기준으로 사용됩니다.

요약해보면, 환원 전위가 큰 쪽은 환원, 작은 쪽은 산화라고 정한 뒤 두 환원 전위의 차이를 구하면 전지의 기전력을 알아낼 수 있는 것입니다.

Answer 2

안녕하세요. 강세훈 전문가입니다.

표준 환원 전위가 큰 물질이 양극에서 환원되고 작은 물질이 음극에서 산화됩니다. 전지의 표준 기전력은 E°cell = E°(양극) − E°(음극)으로 계산합니다.

Answer 3

안녕하세요. 이수민 전문가입니다.

표에 실린 표준 환원 전위는 각 물질이 전자를 얼마나 끌어오고 싶어 하는지를 수소 전극(0V)과 비교한 값이에요. 값이 클수록 환원되려는 힘이 세니, 두 물질을 짝지으면 환원 전위가 큰 쪽이 전자를 받아 환원되는 양극(+극)이 되고, 작은 쪽은 전자를 내주며 산화되는 음극(−극)이 돼요.

기전력은 E°cell = E°(양극) − E°(음극)으로 구해요. 두 값 모두 표의 환원 전위를 부호 그대로 넣고, 다니엘 전지라면 구리 +0.34V에서 아연 −0.76V를 빼서 1.10V가 나와요. 음극 반응을 산화식으로 뒤집어 부호를 바꾼 뒤 더해도 결과는 같아요.

반응식의 계수는 전위에 곱하지 않아요. 은과 구리 전지에서 전자 수를 맞추려고 Ag⁺ + e⁻ → Ag를 두 배로 늘려도, 은의 전위 +0.80V는 그대로 써야 해요. 전위는 전자 하나당 에너지라 반응량과 상관없는 세기 성질이고, 기전력은 0.80 − 0.34 = 0.46V가 돼요.

계산한 E°cell이 양수면 ΔG° = −nFE°가 음수가 되어 반응이 자발적으로 진행되고, 음수면 전극을 반대로 잡은 거라 양극과 음극을 바꿔 다시 계산하면 돼요 :)

Answer 4

안녕하세요. 최정훈 전문가입니다.

복잡한 공식을 생각하기보다는 그냥 숫자 두 개만 비교해 보시면 돼요. 환원 전위표에서 숫자가 더 큰 쪽에 있는 물질이 플러스 극이 된다고 생각하세요. 왜냐하면은 그쪽이 전자를 끌어당기는 힘이 훨씬 세기 때문이죠. 그리고 반대로 숫자가 작은 쪽은 마이너스 극이 됍니다. 그러니 전자를 밖으로 내놓는 역할을 하는거구요.

그리고 전체 전압을 구하실때도 그냥 큰 숫자에서 작은숫자를 빼주면 됩니다. 그러니 복잡하게 생각하기보다는 두값의 차이만 구하면은 전지가 얼마나 전기를 낼수있는지 알수 있습니다. 결론은 환원 전위값만 찾아서 큰값에서 작은값을 빼는걸로 이해해주시면 되겠습니다.

Answer 5

안녕하세요. 김재훈 전문가입니다.

표준 환원 전위 값이 더 큰 물질은 환원되기 쉬워 양극에서 환원 반응이 일어나고 값이 더 작은 물질은 산화되기 쉬워 음극에서 산화 반응이 일어납니다. 따라서 두 물질의 전위 값을 비교하여 더 큰 쪽을 양극으로ㅈ작은 쪽을 음극으로 판단합니다 전지의 표준 기전력은 양극의 표준 환원 전위에서 음극의 표준 환원 전위를 빼는 공식으로 계산합니다. 혹은 음극의 산화 전위 값을 양극의 환원 전위와 더하는 방식으로도 구할 수 있습니다. 이 계산 결과 기전력이 양수로 나와야 해당 전지 반응이 자발적으로 일어남을 의미합니다