2011 년도 창의적 산출물 발표대회

2011 년도 창의적 산출물 발표대회

2 학년 | 이 석 환 과 학 Mentee 연구자

볼타전지는 아연 구리 판∙ , 용액으로는 묽은 황산을 쓴다 . 그래서 금속판과 용액을 바꿔서 하면 어떨까 싶어서 볼타전지의 구성요소를 바꾸면 어떠한 변화가 있을지 실험을 해보기로 하였다 .

볼타전지는 아연 구리 판∙ , 용액으로는 묽은 황산을 쓴다 . 그래서 금속판과 용액을 바꿔서 하면 어떨까 싶어서 볼타전지의 구성요소를 바꾸면 어떠한 변화가 있을지 실험을 해보기로 하였다 .

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Mentee연구주제 볼타전지의 구성요소에 따른 전류의 크기 탐구

Mentee연구동기

Mentee가설설정

가 . 용액이 강산일수록 전류의 크기가 커질 것이다 .나 . 두 금속의 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기가 클 것이다 . 다 . 두 금속의 이온화 경향의 차가 클수록 분극작용이 크게 나타날 것이다 .

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1. 볼타전지란 1800 년 볼타는 전퇴를 발표했다 . 이것은 두 금속 , 이를테면 은판과 아연판 사이에 소금물이나 알칼리 용액으로 적신 천 조각을 끼운 것을 여러 쌍 겹쳐 쌓은 것이었다 . 이 전퇴의 원리를 이용해서 묽은 황산 속에 구리와 아연을 담근 것을 볼타전지라고 한다 .  2. 이온화 경향 : 원자 또는 분자가 이온이 되려고 하는 경향이다 .K > Ca > Na > Mg > Zn > Fe > Co > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Au

3. 산화 · 환원 반응이란 물질간의 전자 이동으로 산화와 환원반응이 동시에 일어나서 전자를 잃은 쪽은 산화수가 증가되고 산화되며 , 전자를 얻은 쪽은 산화수가 줄어 들고 환원된다 . 이 때 잃은 전자수와 얻은 전자 수는 항상 같다 .

4. 분극현상이란 볼타전지에서 전류가 흐르면 (+) 극에서 수소 기체가 발생하고 , 이 수소 기체가 환원 반응이 일어나는 것을 막아 전류의 흐름을 방해해 전압이 떨어지는 현상이다 .

Mentee이론적 배경

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식초 (pH 3), 토마토주스 (pH4), 커피 (pH5), 증류수 (pH7), 암모니아수 (pH11), 세제 (pH14)3 * 3 크기의 금속판 ( 알루미늄 , 아연 , 철 , 니켈 , 납 , 구리 ), 스포이트 , 카메라 , 스톱워치 , 비커(200 ㎖ ), 전류계 , 전선 , 필기도구 등

Mentee연구 준비물

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가 . 용액의 pH 에 따른 전류의 크기 실험 1. 금속판은 아연판과 구리판으로 하고 비커에 용액을 100 ㎖넣는다 . 2. 두 금속판을 전류계에 연결하고 전류를 측정한다 . 3. 전류를 측정했으면 기록한다 . 4. 다른 용액들도 위와 같은 방법으로 실험한다 . 5. 기록한 것을 바탕으로 표를 만들고 pH 와 전류의 관계를 확인한다 .

Mentee연구방법

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나 . 두 금속의 이온화 경향의 차에 따른 전류의 세기 실험 1. 용액은 묽은 황산을 쓴다 .( 묽은 황산은 95% 황산 5 ㎖와 물 100㎖에 희석했다 .) 2. 금속판 구리 · 납 , 구리 · 니켈 , 구리 · 철 , 구리 · 아연 , 구리 ·알루미늄으로 짝을 지어 전류의 세기를 측정한다 . 3. 측정한 전류의 세기를 기록한다 . 4. 위 결과를 표로 만들고 이온화 경향의 차와 전류의 세기의 관계를 확인한다 .

Mentee연구방법

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다 . 두 금속의 이온화 경향의 차에 따른 분극현상 실험

1. 금속판 구리 · 납 , 구리 · 니켈 , 구리 · 철 , 구리 · 아연 , 구리 ·알루미늄 순서대 로 실험한다 . 2. 두 금속판을 묽은 황산에 넣고 전류의 세기를 10 초마다 전류의 세기를 관찰한다 . 3. 관찰한 결과를 표로 기록한다 . 4. 떨어진 전류의 평균을 구하고 두 금속의 이온화 경향의 차에 따라 분 극현상이 크게 나타나는지 확인한다 .

Mentee연구방법

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가설 가 용액의 pH 에 따라 전류의 세기가 일정한 비율로 바뀔 것이다 .

Mentee연구결과

식초(pH3)

토마토주스(pH4)

커피(pH5)

증류수(pH7)

암모니아수(pH11)

세제(pH14)

0.721㎃

0.498 ㎃ 0.104 ㎃ 0.031 ㎃ 1.533 ㎃ 1.813 ㎃

실험 결과 : 강산성일수록 , 약염기일수록 전류의 크기가 커졌지만 볼타전지에 염기성인 액체를 쓰면 불규칙적이게 나왔다 .

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Mentee연구결과

구리 · 납 구리 · 니켈 구리 · 철 구리 · 아연 구리 ·알루미늄

0.244 ㎃ 0.316 ㎃ 0.389 ㎃ 60 ㎃ 60 ㎃

가설 나이온화 경향의 차에 따른 전류량 탐구하기

실험 결과 : 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기가 세졌다 . 하지만 구리 · 아연과 구리 · 알루미늄에서는 측정도구가 1 ㎃와 0.01A단위로만 측정가능하기 때문 에 전류의 크기가 같게 나왔다 . 하지만 구리 · 알루미늄의 전류량이 더 클 것이라고 생각한다 .

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Mentee연구결과

가설 다이온화 경향의 차에 따른 분극현상 탐구하기

판 /시간 10 초 20 초 30 초 40 초 50 초 60 초

구리 ·아연

1000 ㎃

950㎃

930 ㎃

910 ㎃

900 ㎃

890 ㎃

구리 · 철 0.778 ㎃

0.692 ㎃

0.577 ㎃

0.534 ㎃

0.516 ㎃

0.496 ㎃

구리 · 니켈 0.369 ㎃

0.242 ㎃

0.206 ㎃

0.168 ㎃

0.152 ㎃

0.139 ㎃

구리 · 납 0.281 ㎃

0.258 ㎃

0.238 ㎃

0.222 ㎃

0.209 ㎃

0.199 ㎃

실험 결과 : 이온화 경향의 차가 클수록 분극현상이 커졌다 . 그리고 구리 , 아연은 측정 기구가 0.01A 단위로 하는 전류계로 측정하여서 약간의 오차는 있겠지만 분극현상은 확실하게 다른 금속들보다 컸다 .

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가 . 내 가설과는 다르게 강산성일수록 , 약염기일수록 전류의 크기가 더 커졌다 . 하지만 염기성에서는 볼타전지의 전류가 불규칙적 이였다 . 그 이유는 아마 볼타전지는 - 극에서 아연이 Zn2+ 로 산화되어 전자를 내놓고 + 극인 구리에서는 용액속 H+ 가 전자를 받아 H2 즉 , 수소이온이 되는데 염기성에는 용액속 H+ 의 수가 별로 없기 때문일 것이라고 생각한다 . 반대로 강산성일수록 용액속의 H+ 의 수가 많아서 전류의 크기가 강산성일수록 더 커지는 결과가 나왔다고 생각한다 .

나 . 내 가설과 같이 이온화 경향의 차가 클수록 전류의 크기 또한 커졌고 , 반대로 이온화 경향의 차가 작을수록 전류의 크기가 작아졌다 . 그 이유는 이온화 경향이 큰 원소가 그보다 이온화 경향이 작은 원소의 이온과 만나면 , 이온화 경향이 큰 원소가 산화되고 이온이었던 원소는 환원되는 성질 때문이다 . 그러므로 이온화 경향에 따라 전류의 크기가 바뀌는 것 같다 .

Mentee연구결론

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다 . 이온화 경향의 차가 클수록 분극현상이 크게 일어났다 . 그 이유는 이온화 경향의 차가 크면 클수록 그만큼 수소 기체가 많이 발생하는데 그 수소기체가 전류의 이동을 막기 때문에 그런 것이라고 생각한다 .

Mentee연구결론

Mentee참고문헌

http://100.naver.com/100.nhn?docid=77340 http://100.naver.com/search.nhn?query_euckr=&dic_where=100&mode=all&query=%C0%CC%BF%C2%C8%AD%B0%E6%C7%E2http://100.naver.com/100.nhn?docid=731759http://100.naver.com/100.nhn?docid=780648‘ 볼타가 들려주는 화학전지 이야기’ 책