산화 환원 반응 일상 속 예시와 세특 주제 탐구

일상 속 산화환원 예시

 오늘은 산화 환원 반응의 일상 속 예시와 세특 주제 탐구를 해보겠습니다. 산화 환원은 고등학교 1학년 통합 과학과 화학 시간에 배우는 내용입니다. 산소의 이동 혹은 전자의 이동을 통해 파악하는 산화와 환원. 산화 환원이 무엇인지 공부하고 산화 환원의 대표적인 예시와 일상 속 산화 환원의 예시를 탐구한 후 탐구해볼 수 있는 주제를 선정해보겠습니다! 

 

엘피의 전자책이 출시했습니다!!

성공적인 입시를 위한 세특 주제탐구 비밀노트 | 35000원부터 시작 가능한 총 평점 0점의 전자책,

 

1. 산화 환원이란?

 산화와 환원은 시대에 따라 그 정의가 달랐습니다. 화학사에서 산화와 환원을 정의하는 노력은 매우 중요했기 때문인데 초기에는 이름에서 유추할 수 있듯이 산화란 산소의 이동을 통해 정의했습니다. 산화는 산소를 얻을 경우에 산화라 하고 환원은 산소를 잃었을 경우에 환원이라 정의했습니다. 하지만 산화 환원 반응에서 산소의 이동이 없는 반응도 있었습니다. 이런 산화 환원 반응은 산소를 이용하여 정의하기 어려웠고 이를 해결하기 위한 방법으로 수소를 잃고 얻는 것을 통해 산화와 환원을 정의했습니다. 산소와 수소를 통해 정의한 후에는 전자의 이동을 통해 정의했습니다. 전자를 잃으면 산화 전자를 얻으면 환원, 즉 전자를 잃고 얻는 것을 통해 산화와 환원을 통해 정의했습니다. 전자의 이동을 산화수를 통해 표현했습니다. 따라서 역사적으로 산화 환원에 대해 정의하면 다음과 같습니다.

 

• 산화(Oxidation): 산소를 얻음, 수소를 잃음, 전자를 잃음, 산화수 증가
• 환원(Reduction): 산소를 잃음, 수소를 얻음, 전자를 얻음, 산화수 감소 

 

 하지만 유기 화학에서의 산화 환원은 뚜렷한 전자 이동이 없기도 합니다. 하지만 현재 산화 환원의 정의는 전자의 이동에 주목하여 산화수의 변화를 기준으로 정의합니다.

 

2. 일산 속 산화 환원

2-1. 화석 연료의 연소

화석 연료의 연소

 

 화석 연료의 연소는 대표적인 산화 환원 반응입니다. 석탄이나 도시가스의 연소가 대표적인데 석탄의 경우 탄소와 산소가 결합하여 이산화탄소를 만드는 과정에서 산호와 환원이 나타나고 도시가스의 경우 메테인 가스가 연소하여 이산화탄소와 물을 생성하면서 산화와 환원이 일어납니다. 이 외에도 화석 연료를 사용하는 휘발유, 경유, 중유, 등유 등 탄소와 수소를 주성분으로 연소하기 떄문에 이산화탄소와 물을 생성하며 산화 환원이 일어납니다.

2-2. 광합성

광합성

 

 광합성은 생명체 내에서 일어나는 산화 환원 반응입니다. 식물은 광합성을 통해 빛 에너지를 화학 에너지로 전환하고 포도당 형태로 저장합니다. 광합성 반응에서는 이산화탄소와 물 그리고 빛 에너지가 만나 포도당과 산소를 생성합니다. 광합성을 통해 만든 산소는 생명체가 세포 호흡할 때 사용합니다. 세포 호흡 과정에서도 마찬가지로 산화 환원 반응이 일어납니다. 세포 호흡은 세포 내 미토콘드리아에서 산소와 포도당을 사용하여 이산화탄소와 물을 생성하고 에너지를 방출하여 생명 활동을 하게 됩니다. 

 

2-3. 철의 부식 산화철

산화철

 철이 부식되어 붉은색을 띠는 경우를 본 적이 다들 있을 것입니다. 산화철이라 하는 부식된 철은 수분이 있을 때 철과 산소가 만나 붉은색으로 변하는 산화철을 생성하는 반응으로 산화 환원의 대표적인 예시입니다. 특히 산화철은 바닷가 주변에서 더 쉽게 일어나는데 전해질인 염화나트륨이나 염화칼륨이 철과 산소 사이의 전자 이동을 쉽게 만들어 주기 때문입니다. 따라서 바닷가 주변의 차량이 더욱더 빠르게 산화됩니다. 이런 철의 부식을 막기 위해 공기 중에 산소와 차단하는 방법으로 페인트나 기름을 칠하거나 도금, 합금, 음극화 보호를 통해 해결합니다.

 

 

이 대표적인 예시 3가지 이외에도 산화 환원의 일상 속 예시가 많은데 다음과 같습니다.

1. 공기 중 과일의 갈변현상: 과일 껍질을 까 상온에 둔다면 공기중 산소와 산화 환원 반응을 하여 갈색으로 변하빈다.
2. 전기 분해를 통한 은수저의 녹 제거
3. 반딧불이의 불빛:  반딧불이의 불빗은 루시페린이란 체내 물질이 산소와 반응하는 산화 환원 과정을 통해 발생합니다.
4. 구리의 불꽃반응, 산화 구리
5. 금속의 반응성을 이용한 도금
6. 철의 제련 과정
7. 음식물의 부폐: 오래된 음식물이 썩는 과정은 산소와 반응하는 산화 환원 과정이므로 이를 고려하면 음식물의 부폐를 막을 수 있습니다.
   
8. 불꽃 놀이: 폭죽 속 화약이 폭발하여 산화하면 금속의 불꽃 반응을 일으켜 색을 만든다
9. 일회용 손난로
10. 화학 전지

3. 일상 속 산화 환원 심화 주제 탐구

1. 일상 생활 속 산화 환원 과정 관찰하고 반응 식 정리하기
2. 일상 생활 속 불편한 산화 환원을 막기 위한 방법을 고민하고 실험하기
3. 산화 환원을 이용한 화학 전지 만들고 실험하기
4. 산화 환원 반응이 치명적으로 문제를 일으키는 상황 조사하기

 

일상 속 과학의 예시로 자연을 모방한 생체모방 기술의 예시를 정리한 적 있습니다. 관심 있다면 아래 포스팅을 확인해 주세요.

 

 

자연을 모방한 신소재, 자연 모사 생체모방 기술의 예시 27개와 세특 심화 탐구주제 (통합과학,