Tafel의 방정식 과 음극방식

소개글

Tafel의 방정식 과 음극방식에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. Tafel 방정식

2. 음극방식

본문내용

를 판단하는 것이 좋다고 기술되어 있다(4). 이것 역시 상황을 고려한 기준선택의 중요성을 설명하고 있는 것이다.
-고정 전위 기준 (-850mV)
전기방식시스템에서 전위측정은 비교적 용이하기 때문에 방식기준으로 가장 보편적으로 사용된다. 측정되는 전위가 가장 정적인 자연전위 (부식전위)보다 약간 아래 (음극방향)의 값을 나타내면 방식상태라고 판정하게 된다. 이 기준은 금속의 종류 및 환경에 따라 달라지며 토양분위기에서의 기준은 표 2와 같다. 방식 대상체의 온도가 제시된 온도(25℃)보다 높을 때에는 제시된 전위보다 더욱 낮은 전위를 계산하여 사용하는 경우가 있기는 하나, 일반적으로 제시된 온도 이하에서만 적용하는 것이 좋다. 또한 혐기성 박테리아의 서식이 예상되는 경우에도 100 mV 정도 낮은 전위가 사용된다.
이 기준을 적용하기 위해서는 방식전류가 흐르는 상태에서의 전위를 측정하여야 하는데, 이 때 측정되는 전위(Ep/s)는 분극량뿐 아니라 전류에 의한 IR 성분(VIR)을 포함하고 있다 (Ep/s = Ep + VIR). 음극방식기준으로서의 -850 mV는 엄밀하게 금속표면에서의 분극전위(Ep)를 의미하는 것이다. 전류흐름이 있는 경우에는 실제 분극전위보다 더욱 (-)값의 전위가 측정되므로 방식상태가 충분치 못한 구조물을 방식상태가 좋은 것으로 오판하는 경우가 발생하게 된다. 이와 같은 IR에 의한 전압강하 효과를 최소화하기 위해서는 전위측정시 기준전극을 가능한 한 구조물의 표면에 가까이 위치시킬 필요가 있다. 기준전극의 근접이 어려울 경우에는 원거리 대지법 (remote earth), 전류차단법 (current interruption), 계단형 전류감소법 (step-wise current reduction) 등을 사용하여 가능한 한 IR 성분이 포함되지 않은 전위를 측정하여야 한다.
- 전위변화기준 (300 mV voltage shift criterion)
이 방법에서는 방식전류가 인가된 상태에서 측정된 전위와 비방식상태의 전위인 자연전위를 비교하여 방식상태를 판정하게 되는데, 두 전위의 차이가 300 mV 이상이면 양호한 것으로 판단한다. 이 방법 역시 IR에 의한 전압강화 효과를 고려해야 하지만 실제로 적용되는 경우에는 IR 전압강하에 의한 전위보정을 실시하지 않는 것이 보통이다. 그러나 IR 전압강하에 대한 정보가 전혀 없을 때에는 이 기준의 신뢰성 자체가 떨어지게 되므로 몇 차례의 측정으로 분극전위에 포함되는 IR 성분에 대해서는 파악하고 있는 것이 좋다.
이 방법은 -850 mV 기준을 만족시키지 못하는 비피복관이나 피복상태가 불량한 배관 등에 많이 적용된다. 그리고 자연전위를 측정하기 위해서 방식전류 차단후 완전한 소극(depolarization)이 되기까지 충분히 오랜 시간을 기다려야 하기 때문에 신설된 구조물이나 이전에 음극방식되지 않던 구조물의 경우에 적용하는 경우가 많다. 마지막으로 이 기준은 상이한 종류의 금속이 공존하는 구조물에는 적용하지 않는 것이 좋다.
3. 결 론
이번 과제의 타펠 방정식 과 음극방식은 사실 생소하고 어색한 주제이다. 그래도 음극방식이라는 것은 어느 정도 화학적으로 이해할수 있는 부분이지만 타펠방정식은 이것을 이해하고 정리하기가 쉽지 않았다. 그리고 어느 참고 서적이나 인터넷 문헌에서도 타펠방정식에 대해서 명확하게 서술되어 있거나 설명되어져 있는 서적은 찾기 힘들었다. 타펠 방정식을 정리하면서 이 모든 과정을 모두 이해하지 못했으나 간단하게 “타펠방정식은 결국 부식의 속도를 계산할 수 있는 방법이구나.” 라는 정도 밖에 알지 못했다. 타펠방정식을 완전히 이해하지 못했다고 하여도 그것이 잘못되었다는 생각은 들지 않는다. 이유는 이 방정식을 어떻게 사용해야 하는가에 대한 감각이 어느 정도 생겼다고 생각되기 때문이다.
음극방식은 부식에 있어서 너무나도 중요한 부분이고 우리가 지금 배우고 있는 교제에서도 상당히 많이 다루는 부분이다. 그리고 실제 우리 일상생활에서도 음극방식에 의한 방식법이 상당히 많이 이용되고 있다. 그래서 나는 이 음극방식을 정리하면서 부식에 국한되지 않고 사고의 폭을 넓혀서 생각해보았다. 우선 부식이 왜 일어나는가에 대한 나의 개인적인 생각은 모든 재료는 결국 자유에너지의 법칙에 따라 점점 낮아지는 쪽으로 흘러갈 것이다. 이 말은 즉 부식은 특이한 반응이 아닌 자연계에서의 너무나도 자연스러운 반응이라는 것이다. 하지만 우리가 사용하는 모든 구조재료는 이러한 자연스러운 반응을 억제 해야지만 그 목적을 달성할 수 있을 것이다. 예를 들어 부식이 잘 일어난다는 바다(즉 해수)위에 배가 떠 있을때 만약 부식에 대한 아무런 대책을 강구하지 않는다면 어떠한 사고가 일어날지에 대해서 아무도 예측할 수가 없을 것이다. 이런 사례를 보았을 때 부식을 방지하기 위해서 부식방식을 사용한다고 생각되어진다. 즉 이러한 해결책으로 배가 부식되는 환경보다 더 부식성이 높은 금속(희생금속)을 배에 부착하여 그것과의 농도차이에 따라 희생양극반응으로 배를 보호하는 것으로 이것이 음극방식의 간단한 설명할 수 있는 원리인 것이다.
지금까지 기술한 나의 생각은 타펠 방정식과 음극방식을 설명하기에는 아주 부족하다. 그러나 이 두 가지가 부식에 있어서 얼마나 중요한지, 그리고 왜 교수님은 이것을 과제를 내어주셨는지에 대해서 조금은 알 것 갔다. 지금도 우리 주변에서의 재료들은 부식반응이 일어나고 있을 것이다. 지금의 비약적인 발전을 이룬 문명을 한층 더 올리기 위해서는 이러한 부식을 조금도 효과적으로 이용하거나 조절할수 있어야 할 것이다. 이러한 일을 해야 하는 것이 지금의 공학도인 내가 해야 하는 사명이라는 것을 느끼면서 앞으로 더욱 관심을 가져야 하겠다고 생각한다.
③ 참 고 문 헌
금속부식공학/연경문화사/이학렬
금속의 부식과 방식개론/형운출판사/G.Wranglen
금속부식/민음사/박용수
"지하가스배관의 과방식에 관한 연구", 한국가스공사, 한국가스안전공사 연구 보고서 DF-PI-146-97039804 (1998)
http://user.chollian.net/~bull2000/news/corrosion3.htm#고정전위기준

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Tafel,   Tafel 방정식,   음극방식,   부식