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학습자료/과학

금속의 반응성을 이용한 레몬 전지 만들기

대한민국 교육부 2015. 11. 12. 14:41

금속의 반응성을 이용한

레몬 전지 만들기



■ 과일을 이용해서 전구를 켤 수 있다? 없다?

전구에 불을 켜기 위해서는 무엇이 필요할까요? 당연히 전구에 전지 등을 연결해서 전류를 흘려 보내야 하죠. 그런데 과일을 사용해도 전구에 불을 켤 수 있다고 하는데 정말일까요?


먼저 레몬으로 전지를 만들어서 불을 켤 수 있는지 알아봅시다.


[레몬 전지 만드는 방법]

1. 레몬, LED 전구, 구리판, 아연판, 전선, 사포를 준비한 후, 아연판과 구리판의 표면을 사포로 문질러 줍니다. 금속 표면에 불순물이 묻어 있으면 전류가 잘 흐르지 않을 수 있기 때문이죠.

2. 반으로 자른 레몬에 구리판과 아연판을 2cm 간격으로 꽂습니다.

3. 다른 쪽에 꽂힌 구리판과 아연판을 서로 전선으로 연결해 줍니다.

4. 나머지 구리판과 아연판에는 각각 다른 전선을 연결해 줍니다.

5. 이 전선 사이에 LED 전구를 연결합니다. 어때요. 전구에 불이 들어 왔네요. 건전지도 없는데 어떻게 된 것일까요?


▲ 레몬 전지 만들기(출처: 에듀넷)



■ 레몬 전지가 작동하는 원리는 무엇일까?

금속 원자가 산화되어 양이온이 되려는 경향인 ‘금속의 반응성’

전구에 불이 켜진다는 것은 전자가 이동하여 전류가 흐른다는 것입니다. 그렇다면 전자는 어디에서 어디로 이동하는 것일까요? 바로 금속인 아연과 구리의 산화-환원 반응을 통해 그 답을 알 수 있을 것입니다.

만약 어떤 금속 A가 산화되어 전자 1개를 내놓는다면 다음과 같이 화학식을 쓸 수 있습니다.

 A → A+ + e- 


그런데 금속마다 산화되어 전자를 내놓고 양이온이 되려는 능력은 다르답니다. 이것을 산화되기 쉬운 것부터 어려운 것 순으로 나열한 것이 바로 ‘금속의 반응성’입니다.

 K > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > (H) > Cu > Hg > Ag > Pt > Au


그럼, 실험에 사용된 아연(Zn)과 구리(Cu)를 비교해 볼까요? 아연이 구리보다 반응성이 크다는 것을 알 수 있네요. 즉, 아연은 전자를 내놓기 쉽고 구리는 전자를 받기 쉽습니다. 아연판에서는 전자를 잃고 아연 이온이 되어 전해질인 레몬으로 녹아 나오고, 이 때 아연이 내놓은 전자는 도선을 타고 LED 전구를 지나 구리판으로 향합니다. 구리판으로 향한 전자들은 양이온을 찾아 헤매다가 레몬 속에 있는 수소 이온을 만나게 됩니다. 이 수소 이온은 전자를 만나 결국 수소 기체가 됩니다.


▲ 레몬 전기 속 산화 - 환원 반응(출처: 에듀넷)


레몬 속에 왜 수소 이온이 있을까요?

생각만 해도 입 안에 침이 고이게 하는 레몬! 이 새콤한 맛의 주인공은 바로 레몬 과즙 속의 시트르산(citric acid)입니다. 구연산이라고도 부르는 시트르산은 레몬뿐 아니라 라임, 귤, 오렌지 등 다양한 과일 속에 들어 있는데요, 이름에서도 알 수 있듯이 시트르산은 산(acid)성을 띠는 물질입니다. 그렇기 때문에 수소 이온(H+)을 가지고 있답니다. 레몬 과즙과 그 속의 시트르산이 전해질 역할을 하기 때문에 전지가 완성될 수 있는 것입니다.


▲ 시트르산이 많이 포함된 과일들(자몽, 레몬, 오렌지, 라임)(출처: 에듀넷)



[자료출처: 에듀넷]



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