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최근 수정 시각 : 2024-10-13 16:00:43

전기 분해

1. 개요2. 특징3. 종류
3.1. 용융액3.2. 수용액3.3. 수용액, 금속전극
4. 수소 생산
4.1. 종류4.2. 동향4.3. 논의
5. 여담6. 대중매체에서의 사례

1. 개요

電氣分解 / electrolysis

화합물에 전압을 걸어 비자발적인 산화·환원 반응을 일으켜, 물질을 화학적으로 분해하는 과정이다.

2. 특징

3. 종류

3.1. 용융액

예시
특징

3.2. 수용액

파일:ieZOg19.png
NaOH 수용액에서 물의 전기 분해

예시
특징

3.3. 수용액, 금속전극

파일:Seawater_power002.svg
NaCl 수용액에서 음극을 알루미늄으로 하여 전기 분해

예시
특징

4. 수소 생산

4.1. 종류

물의 전기분해(수전해)는 수소의 한 생산방식이다.[3]

4.2. 동향

4.3. 논의

5. 여담

연료전지는 물의 전기 분해의 역과정이다. 물에 전기에너지를 주면 수소와 산소로 분리되는데, 이를 역으로 이용해 수소와 산소를 합치면 전기에너지와 물이 나온다는 원리. 화석연료와는 달리 물을 배출하기 때문에 신재생에너지로 각광받고 있다. 물론 전기 분해를 통해 만든 수소를 다시 연료전지에 쓰는 건 수소를 에너지 저장의 매개 수단으로 쓰겠다는 것인데 배터리보다 효율이 낮다. 왜냐하면 에너지 상당수를 열로 날려먹게 되기 때문이다. 배터리도 충전과 방전을 반복하면서 사용가능한 에너지의 일부를 잃긴 하지만 수소는 그것보다 훨씬 더 손실이 많다. 기껏해야 양수 발전처럼 저녁에 남아도는 전기를 잠시 보관하는 게 아니면 수소를 생성하기 위해 전기 분해를 하는 건 에너지 낭비다. 연료전지의 쓰는 수소는 대체로 석탄 가공의 부산물로서 추출하는 편이 더 싸게 먹힌다.

중수소, 삼중수소를 농축할 때 전기 분해를 사용한다. 증류수에 강염기를 첨가한 뒤, 전기 분해를 하면, 상대적으로 가벼운 수소가 중수소, 삼중수소보다 더 빨리 움직여 전극에 와서 전자를 받아서 수소 기체로 분리되는 경향이 강하므로(가벼운 수소 물이 무거운 중수소 물, 삼중수소 물보다 더 빠르게 움직이므로, 이를 활용한 것. 기체 확산 속도 차를 이용한 농축 방법과 원리 자체는 다르지 않다), 전기 분해를 어느 정도 하고 남은 물에는 중수소, 삼중수소의 농도가 처음보다 높아져 있다.

정수기 팔아먹으려는 사기꾼들이 자연스러운 전기 분해 현상을 물이 오염돼서 그렇다고 사기 치는 경우가 많았다고 한다. 뭐, 엄밀히 따지면 ‘오염’의 정의가 불순물이 섞였다는 뜻이면 맞는 말이긴 하다. 다만 섭취하면 안 될 정도로 다량이 섞이거나 유독한 게 섞이지 않았기 때문에 수돗물을 마셔도 죽지 않는 것이다. 실제로 그런 경우는 고등학교 수준의 전기분해 실험을 하면서 한쪽은 그냥 수돗물(혹은 NaOH 같은 전해질을 소량 넣은 수돗물)이고, 다른 한쪽은 순수한 증류수를 넣어서 수돗물이 오염되었습니다 빼애애애액 하는 경우일 테다. 물론 자체 이온화 성질이 있어 아예 분해가 안 되는 건 아니지만, 웬만한 전압으로는 기포가 눈에 보이지 않는다. 보통 DC 9V나 DC 12V 정도로 실험하므로, 보이지 않을 것이다. 굳이 증류수에서 기포를 관찰 하겠다면, DC 750V 정도는 필요하다. 창문 깨고 경전철 선로(제3궤조집전식)에다 증류수를 들이 부으면 관찰할 수 있는 건가 적절히 절연처리를 해서 전극을 연결하여 증류수에 넣어주면 기포를 관찰할 수 있을 수 있을 것이다. 그냥 고전압 교류를 정류회로에 넣어.....

핸드폰 배터리, 소금물, 샤프심, 종이컵만 있으면 학교에서도 실험할 수 있다.[5] 사실 급식먹을 때 9V 전지 들고가서 젓가락을 양 단자에 대고 국에다 젓가락 끝을 넣어도 전기분해가 된다<< 샤프심은 탄소의 동소체 중 하나인 흑연으로 이루어져 있으며 흑연의 경우 탄소가 4개인 것에 비해 3개의 결합을 하고 있어 결합에 참여하지 않고 자유로운 전자가 한 개 남게 되고 이 전자가 전기를 통하게 한다. 좀 더 제대로 해보고 싶다면 샤프심 대신에 목탄이나 흑연 봉을 이용하고, 집게 전선을 사용하면 된다. 충분히 집에서도 해볼 만하다. (탄소가 실제로 반응성이 작고 전기 전도도가 높은지라 자주 쓰이는 전극이다. 알루미늄 산화물 (보크사이트라고 한다)용융 전기 분해와 납축 전지에 쓰이는 이유.)

수능 화학에서 물의 전기 분해와 염화나트륨의 전기 분해가 최다 빈출이다. 양극에서 생성되는 물질, 화학양론 관련 문제가 나온다.

전해조와 타 장비의 결합을 이름 붙여 마케팅하기도 한다.

6. 대중매체에서의 사례


[1] 굳이 위험성을 설명해주자면, 염소 농도가 30~50ppm인 공기 중에서는 30~60분 정도에 인간이 사망한다. 다만, 작은 시험관 하나 정도의 극소량이라면, 직접 흡입하지 않는 한 대부분의 환기시설이 갖추어진 실험실(학교 실험실이라도 기본적인 환기장치는 구비하게 되어 있으며, 집에서 한다면 창문 다 열고 방 안의 공기가 바깥으로 빠져나가게끔 환풍기처럼 창문 앞에 선풍기를 놓고 강하게 틀어주면 된다.)에서 소금물 전기분해 정도를 하는 것은 안전하다. 위에 말한 건 어디까지나 가스실이나 화학탄 수준으로 대량을 뿌릴 때 이야기다. 웬만한 크기의 시험관으로는 5평 정도의 방에 30~50ppm의 농도로 염소 가스를 채우기는 대단히 어렵다. 그 근거로, 절대로 노란 염소 기체를 직접 흡입하지 말라는 경고 문구와 함께, 소금물 전기분해 실험을 하는 방법이 고등학교 화학1 교과서에 나온다. 염소가 정말 청산가리마냥 마이크로그램 단위의 극소량에도 사망할 정도의 극도로 위험한 기체라면 고등학교 화학 교과서에 실험방법을 싣을 리가 없잖는가. 엄밀히 말하면, 양도 소량이지만, 방출되는 대기의 부피가 시험관 하나 정도와는 비교불가할 정도로 어마어마하게 크므로 매우 연한 농도로 희석되어 안전해지는 것이다. 그러니까 이 글만 보고 염소 기체가 든 실험관에 코박고 직접 흡입하는 미친 짓은 하지 말자.[2] 물은 pH 7인데 pH가 바로 수소이온농도이다.즉 10^-7의 농도로 수소이온이 존재한다.[3] 수전해의 '개요'를 둘러보기 좋은 출처: 21년 11월 한화 #, 23년 5월 SK E&S #, 23년 8월 가스뉴스 #, 24년 7월 SK에코플랜트 #[4] 바닷물에는 염화 이온([math(\rm Cl^-)])이 포함되어 있으며, 전기 분해 시 그 염화 이온이 수산화 이온([math(\rm OH^-)])보다 전자를 내놓는 경향이 크기 때문에 염화 이온이 다 없어질 때까지 염소 기체가 +극을 통해 계속 나오게 된다.[5] 참고로 휴대전화 배터리의 금속 부분에 샤프심 2개를 대고 그 끝을 붙이면 전기가 통해 뜨거워진다. 주의할 점은 이렇게 샤프심이 뜨거워지면 샤프심이 녹는데 이 녹은 물이 배터리의 금속 부분에 닿으면 배터리를 못 쓸 수가 있다! 따라서 적당히 9V짜리 전지를 구해서 전선으로 연결하는 것이 훨씬 안전하다. 다만 휴대폰 배터리보다 구비 가능성이 적으니...[6] 광전기화학전지(Photoelectrochemical cell), 광전해조(photovoltaic electrolysis), 인공 광합성(Artificial Photosynthesis) 등으로도 불린다.

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