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분석장비 및 이론/화학분석기사

전기화학

전기화학

[ electrochemistry ]
  • 분류

    물리학

  • 관련 과학자

    볼타 (A. Volta), 니콜슨 (W. Nicholson), 칼릴 (A. Carlisle), 데이비 (Humphry Daby), 베르젤리우스 (J. J. Berzelius), 헬름홀츠 (H. L. F. Helmholtz), 라울 (F. M. Raoult), 반트호프 (J. H. vant Hoff), 콜라우쉬 (F. W. Kohlrausch), 패러데이

화학과 전기에서 중복이 되는 분야로는 특별히 전지(電池, cell), 전기분해, 화학변화의 전기적 해석들을 들 수 있다. 볼타(A. Volta, 1745-1827)가 습전지(濕電池, wet battery, wet cell)를 발명함에 따라서 1800년경에 전기화학은 시작이 되었고, 결과적으로 전기분해의 발견이 뒤를 있게 되었는데, 전류에 의한 화합물의 분해는 니콜슨(W. Nicholson, 1753-1815)과 칼릴(A. Carlisle, 1768-1840)에 의해서 이루어 졌다. 전기화학의 할아버지로 불리는 데이비(Humphry Daby, 1778-1829)는 즉시 전지와 전기분해를 연구하기 시작하였다. 데이비는 전기분해에 대한 수많은 오해를 씻어 내면서, 다양한 기술을 사용하여 수많은 실험의 반복 끝에, 드디어 1807년 새로운 두 원소인 칼륨과 나트륨을 분리하는데 성공하였다. 그 후 데이비는 여러 원소를 더 발견하였다. 이 사실보다도 더 중요한 것은 데이비가 화학친화력(化學 親和力, chemical affinity)의 본성이 근본적으로 전기적이라고 주장한 것에 있었다.

베르젤리우스(J. J. Berzelius, 1779-1848)가 데이비의 이론을 이어 받아, 정밀하게 다듬어서 거대한 초석으로 만들었다. 베르젤리우스에게는 모든 화학적 화합물이 음과 양의 성분인 이중적 구조로 되어 있고, 이것들이 구성원소의 전기화학적인 특징을 나타낸다고 보았다. 원소들의 끝에 산소가 나란히 붙어있으면 가장 큰 음의 전기를 띄고, 다른 쪽 끝에 알카리 금속이 붙어 있으면 가장 큰 양의 전기를 띄게 된다(이원론).

베르젤리우스 이론의 난점은 산소(O2)와 같은 원소로 된 이원자 분자에는 적용이 불가능했다. 또한 1930년대에 발견한 유기염소화과정에서 양전기를 띤 수소를 음전기를 띤 염소로 바꾸었을 때 설명이 불가능한 것이었다. 그렇지만 그 공식을 변형한 것은 지금까지도 쓰여 지고 있다. 이것에서 직접유도된 것이 유기화학에서의 라디칼(기, 基, radical)론으로서원자가(原子價, valence) 개념의 출현에서 중요한 역할을 하였다.

데이비의 또 다른 후계자로는 패러데이 이었는데, 1834년에 있었던 패러데이의 두 가지 업적 중에서 전해 전도(electrolytic conduction)가 포함되어있다. 결과적으로 패러데이 자신의 전기화학이론의 확장은 이원론이 시들해졌을 때 폭넓게 조망한 것이었지만, 1881년 이것을 되살리는 강력한 주장이 헬름홀츠(H. L. F. Helmholtz, 1821-1894)에 의해서 나왔다. 이것은 전해질용액(electrolyte solutions)에 대한 후속연구에 의해서 더욱 강화되었다: 라울(F. M. Raoult, 1830-1901), 반트호프(J. H. vant Hoff, 1852-1911)등이 있고, 콜라우쉬(F. W. Kohlrausch, 1840-1910)는 전도도에서 업적을 남겼다. 즉각적인 결과로서 무한희석에서 전해질의 완전이온화가 이루어지고, 그렇지 않으면 부분이온화가 이루어진다는 주장이 아레니우스에 의해서 나왔다. 직후에 전자가 곧바로 발견됨에 따라서 화학자들은 전기화학문제에서 전기의 중요성을 새로이 인식하였다.

전기화학은 여러 분야에서 산업응용이 이루어 졌고, 특히 전기도금(electroplating, electrodeposition)과 전기분해에 의한 원소 분리에 쓰였다.

출처

과학사사전, 2011.2.1, 이호중