1. 개요
화학의 한 분야로, 전기적인 현상과 화학 반응의 관계를 탐구하는 학문이다. 화학 반응이 일으키는 전기 에너지 또는 전기 에너지를 이용하여 화학 반응을 유도하는 원리를 다룬다.2. 상세
전기화학은 물질의 산화와 환원 반응을 핵심 원리로 삼는다. 구체적으로는 전자의 이동이 수반되는 산화-환원 반응이 발생시키는 전기 에너지(화학 전지)나, 외부에서 공급되는 전기 에너지가 유도하는 화학 반응(전기 분해)을 연구 대상으로 한다. 일상생활에서 쉽게 접하는 배터리부터 시작해 금속의 부식, 도금 기술 등 매우 광범위한 분야에 응용된다. 기초 과학 지식을 넘어 실용적인 기술 개발에 직접적으로 연결되는 중요한 화학 분야로 취급한다.3. 화학 전지
화학 전지는 산화-환원 반응을 통해 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치이다. 가장 기본적인 형태는 두 개의 서로 다른 금속 전극을 전해질 용액에 담그고 이를 외부 회로로 연결한 구조를 가진다.3.1. 원리
두 전극 중 산화되기 쉬운 금속이 전자를 잃고 이온으로 용출되며, 이 과정이 산화 반응이다. 이 전극이 전지의 음극 역할을 수행한다.잃어버린 전자는 외부 회로를 따라 다른 전극으로 이동하며, 이 전자가 다른 금속 이온을 환원시키는 데 사용된다. 이 과정이 환원 반응이며, 해당 전극이 전지의 양극이 된다.
이때 전자가 외부 회로를 따라 이동함으로써 전류가 발생한다. 전지 내 용액의 전기적 중성을 유지하기 위해 염다리나 다공성 막이 전해질 이온의 이동 통로 역할을 한다.
3.1.1. 예시
널리 알려진 다니엘 전지(Zn−Cu 전지)는 아연(Zn)을 산화 전극으로, 구리(Cu)를 환원 전극으로 사용하여 작동한다. Zn이 산화되어 전자를 방출하고, Cu 2+ 이온이 전자를 받아 Cu로 석출된다. 스마트폰, 노트북 등에 사용되는 2차 전지(충전하여 재사용 가능한 전지)도 이 원리를 기반으로 하며, 리튬 이온 전지가 대표적이다.4. 전기 분해
전기 분해는 외부에서 전기 에너지를 강제로 공급하여 비자발적인 화학 반응을 일으키는 과정이다. 화학 전지와 정반대의 에너지 전환 과정을 수행한다.4.1. 원리
직류 전원 장치의 음극에 연결된 전극에서는 환원 반응이 강제로 일어나며, 이온이 전자를 얻어 중성 물질로 변한다.직류 전원 장치의 양극에 연결된 전극에서는 산화 반응이 강제로 일어나며, 물질이 전자를 잃고 이온이나 다른 물질로 변한다.
전류가 흐르는 동안 이온들이 각 극으로 이동하여 반응을 지속하며, 외부 전압을 걸어주지 않으면 반응은 일어나지 않는다.