건전지에 전류가 흐르는 이유가 무엇인가요?
알아보다보니 전기를 통하게 하면 이온이 이동하면서 전류가 발생한다고 하는데 건전지를 사용할때 전기를 통하게 하는것이 무엇일까요? ㅜ 항상 건전지에는 전류가 흐르고 있고 물건과 결합했을때 이동하는건가요?
안녕하세요. 이원영 과학전문가입니다.
우리가 일반적으로 말하는 건전지는 망간건전지이다. 망간건전지의 겉모양은원통 모양 또는 사각기둥 모양이며, 바깥쪽은 아연으로 된 (－)극 원통으로 용기를 겸하고 있다. 중앙에 탄소막대 (＋)극이 있으며,(＋)극 위를 싸고 있는 금속은 아연이 아닌 부식이 잘 되지 않는 특수금속으로 만들어진다. 또한 탄소막대 주위에는 이산화망간과 흑연을 섞어 반죽한 것을 고압에서 압착시킨 것으로 채워져 있으며 그 바깥쪽은 전해질(염화암모늄)을 충분히 흡수시킨 종이로 싸여있고 위쪽에는 공기실과 피치 등으로 구성되어있다. 정리하면, 건전지는 아연통(－)극과 탄소막대(＋)극 사이에 전해질로 염화암모늄 용액이 채우고 있는 구조물이다.
건전지에서 (＋)극은 이온화 경향 성이 작아 전자를 얻는(환원 반응) 탄소를 사용하고 (-)극은 이온화 경향성이 커서 전자를 잃는(산화 반응) 아연을 사용한다. 이 건전지의 두 극을 외부에서 도선으로 연결하면 아연(Zn)은 아연이온(Zn2＋)이 되어 전해질 속에 녹고 아연통에는 전자를 남겨 아연통은 (－)극이 된다. 이 때 전해질 속의 염화암모늄은 전리해서 암모늄 이온(NH4+)과 염화이온(Cl-)이 된다.
전해질 속의 암모늄 이온은 녹아 나온 아연이온에 의해 밀려나 탄소막대 쪽으로 모이게 되고, 탄소막대에서 전자를 얻어 암모니아(NH3)와 수소(H2)로 분해된다.
따라서 탄소막대는 전자가 부족하므로 (＋)극이 된다. 이렇게 하여 건전지의 외부에서 두 극을 도선으로 연결하면 전위가 높은 (＋)극에서 전위가 낮은 (－)극으로 전류가 흐르게 되는 것이다. 이 때, 일반적인 산화·환원 반응과 달리 산화되는 물질과 환원되는 물질 사이에 직접 전자를 주고받으면 전류의 흐름이 형성되지 않기 때문에 도선을 통하여서만 반응이 일어나도록 하기 위해 (＋)극과 (－)극이 직접 접촉하지 않도록 구조가 되어 있으며 화학 반응시 완전 제거하지 못하는 가스를 저장할 공기실과 발생하는 물로 인해 전해질이 흘러내리지 않도록 피치로 막고 있다.