일반화학실험 | Mg로 모래를 환원시키는 반응

 

 

 

TIP

 

 

본 실험은 산화, 환원 반응에 대해서 알아보는 실험이다. 산화 , 환원 반응은 원자의 산화수가 달라지는 화학 반응이며, 산화와 환원은 서로 반대작용으로, 한쪽 물질에서 산화가 일어나면 반대쪽에서는 환원이 일어난다. 이 반응을 이용하여 화학전지, pH미터기, 철의 제련 등등 실생활에서 많이 사용되는 유용한 반응이라고 할 수 있다.

 

 

 

모래(SiO₂)와 마그네슘 분말을 시험관 속에 넣고 가열한다. 이 반응은 열을 많이 방출하는 발열 반응의 결과로 밝게 빛나는 혼합물은 산화마그네슘 가루를 생성하고, 시험관은 규소 거울로 덮이게 된다. 마그네슘은 녹은 SiO₂와 반응해서 규소와 산화 마그네슘을 형성한다.

 

2Mg(s) + SiO₂(s) → Si(s) + 2MgO +열

 

위 열 화학 반응식에서 보듯이 Mg는 산화되고 Si는 환원 되어있다. 규소(Si)는 환원 되어서 시험관 벽면에 규소 거울이 형성된다. 여기서 발열 반응이 일어난다. 발열 반응에 대해서 모든 물질들은 어느 정도의 에너지를 가지고 있다. 물질에 따라 큰 에너지를 가지고 있는 것도 있고 작은 에너지를 가지고 있는 것도 있다. 그런데 이러한 물질들은 영원히 그대로 머물러 있는 것이 아니라 주변 환경의 변화에 의해 반응을 일으켜 다른 물질을 만들어 내기도 한다.

 

역시 반응물질과 생성 물질 간에도 서로가 가지고 있는 에너지의 차이가 있으므로 그 차이 만큼 에너지가 방출 되기도 하고 흡수되기도 한다. 산화, 환원 반응이란 물질간의 전자이동으로 산화, 환원 반응이 동시에 일어나는 것을 말하여, 전자를 잃은 쪽의 산화수가 증가하고 산화되며, 전자를 얻은 쪽은 산화수가 줄어들고 환원이 된다. 이 때 잃은 전자수와 얻은 전자수는 항상 같다.

 

즉, 산화, 환원 반응이 일어날 때에는 산화수의 변화가 일어난다. 산화수란 일반적으로 이온으로 되었을 때의 전하량이다. 이온의 종류가 두 개 이상인 철과 같은 원자인 경우에는 공유결합을 이루는 전자가 전기음성도가 더 큰 원자에 속해 있다고 했을 때의 전하량을 생각하면 된다. 홑원소 물질과 중성 화합물의 산화수는 0, 이온의 산화수는 이온의 전하량, 산소 원자의 경우에는 보통 -2, 과산화물에서는 -1이고, 수소 원자의 경우 보통 +1, 금속 화합물에서는 -1이다.

 

산화수를 계산할 대에는 이온화가 잘 되는 1족, 2족, 17족과 같은 원소들의 산화수를 먼저 생각해주는 것이 쉽다. 산화된 물질은 전자를 잃게 되므로 산화수가 증가하고, 환원되는 물질은 전자를 얻으므로 산화수가 감소한다. 예를 들어 는 의 산화수가 -2이고 총 4개가 있으므로 -8인데, 화합물 전체의 산화수가 -2이므로 의 산화수는 +6이 된다. 는 의 산화수가 +1이고 총 3개가 있으므로 +3이고, 화합물 전체의 산화수가 0이므로 의 산화수는 -3이다. 반면 의 경우 의 산화수 +1, 의 산화수는 -2이고 3개가 있으므로 -6인데 화합물 전체의 산화수가 0이므로 이 때 의 산화수는 +5가 된다. 산화, 환원 반응에서 각 원소의 산화수를 계산하여 어떤 물질이 산화 또는 환원 되었는지 쉽게 알 수 있다.

 

 

실험 방법

1. 실험 방법

1) Mg 분말 5g과 7.5g의 건조한 모래 혼합물을 잘 섞은 후, 이 혼합물을 Pyrex 시험관 에 넣는다.

 

2) 시험관을 고정 집게로 스탠드에 고정시킨다.

 

3) 오렌지 빛을 낼 때 까지 가열한다.(오렌지 빛을 내게 되면 반응이 시작되었다는 것을 알수 있다.)

 

4) 열을 가하는 것을 멈추고 반응이 계속되는지 주의 깊게 관찰한다.

 

5) 시험관이 냉각되도록 한다.

 

6) 규소 거울 층이 형성되고 산화마그네슘의 거울에 침전물이 생겼는지 주의 깊게 관찰한다.

 

 

 

[일반화학실험]Mg로 모래를 환원시키는 반응 레포트