바다 위에 떠 있는 철제 선박의 부식을 막기 위해 마그네슘 덩어리를 붙여 놓는데요. 마그네슘이 대신 부식됨으로써 철을 보호하는 원리를 설명해 주세요.

Question

바다 위에 떠 있는 철제 선박의 부식을 막기 위해 마그네슘 덩어리를 붙여 놓는데요. 마그네슘이 대신 부식됨으로써 철을 보호하는 원리를 전자의 이동과 이온화 경향 차이를 이용하여 설명해 주세요.

Answer 1

안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.

철제 선박이 바닷물에 닿으면 철은 산화되어 전자를 잃고 이온으로 녹아나가면서 부식이 진행됩니다. 그러나 마그네슘을 선박에 붙여 놓으면 마그네슘이 철보다 이온화 경향이 크기 때문에 더 쉽게 산화되어 먼저 전자를 내줍니다. 이렇게 방출된 전자는 철로 이동하여 철이 산화되는 것을 막아 줍니다. 결국 철은 전자를 공급받아 환원 상태로 유지되므로 부식이 억제되고, 마그네슘이 대신 부식됩니다. 이처럼 이온화 경향의 차이에 따라 마그네슘이 희생양극으로 작용하여 철을 보호하는 원리를 이용한 것이 바로 철제 선박의 부식 방지 방법입니다.

Answer 2

안녕하세요.

바다에 떠 있는 철제 선박이 부식되 것은 바닷물의 전해질로 인해 철이 산화되며 전자를 잃는 전기화학적 반응이 자발적으로 일어나기 때문입니다. 철은 물과 산소가 존재할 때 Fe → Fe²⁺ + 2e⁻와 같은 산화 반응을 진행하는데요, 이때 방출된 전자는 주변의 산소와 물에 의해 소비되며 결과적으로 산화철이 형성됩니다. 이때 선박 표면에 마그네슘 덩어리를 붙이면 마그네슘은 철보다 이온화 경향이 훨씬 크기 때문에, 마그네슘이 우선적으로 산화됩니다. 즉, Mg → Mg²⁺ + 2e⁻ 반응이 철보다 먼저 일어나면서 마그네슘이 전자를 방출하며 전자는 금속 내부를 통해 철 쪽으로 이동합니다. 즉 철은 원래 전자를 잃고 산화되어야 부식이 진행되지만, 외부에서 마그네슘이 지속적으로 전자를 공급해 주기 때문에 철 표면은 전자를 잃지 않고 오히려 환원 상태를 유지하는 것이며 결과적으로 부식되지 않습니다.

이 과정을 전기화학적으로 보면 갈바닉 전지처럼 작동하는데요, 마그네슘은 양극 역할을 하여 산화되고, 철은 음극 역할을 하여 환원 반응이 일어나는 쪽이 됩니다. 따라서 철 표면에서는 산소가 전자를 받아 환원되는 반응이 주로 일어나고, 철 자체는 전자를 잃지 않으므로 안정하게 유지되는 것입니다. 감사합니다.