ORP(산화 환원 전위)에 대해서

ORP(산화 환원 전위)에 대해서

산화 환원 반응이란

산화는 물질, 분자 또는 원자가 전자를 잃는 과정을 말하며 환원은 반대로 물질, 분자 또는 원자가 전자를 얻는 과정을 말합니다.

어느 물질의 산화형과 환원형의 혼합계를 산화 환원계라고 부르며, 이 계 안에서 산화 반응과 환원 반응은 항상 가역적으로 일어납니다.

자연계에서 일어나는 많은 물질 변화에서 이 산화 환원 반응은 가장 기본적이고 중요한 반응이라고 할 수 있습니다.

산화 환원 반응의 예

 

ORP(산화 환원 전위)는 뭐야?

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산화환원가역평형 상태에 있는 수용액에 표준수소전극과 백금전극을 삽입하면 1개의 가역전지가 구성되며, 그 용액의 산화환원평형 상태에 따라 일정한 전위차가 검출됩니다.

이 전위차를 산화 환원 전위(Oxidation-Reduction Potential)라고 부르며, 영어의 머리글자를 따 ORP라고 합니다.

산화 환원 전위는 다음 식으로 나타낼 수 있습니다.

Eh=E0+(RT/nF)·ln([Ox]/[Red])

Eh: 표준 수소 전극의 전위를 0으로 했을 때의 산화 환원 전위

E0: 표준 산화 환원 전위([Ox]=[Red]인 경우의 Eh)

n:분자당 수수되는 전자의 수

R: 기체 상수

F: 패러데이 상수

T:수용액의 온도(절대 온도)

[Ox] : 산화형 활량

[Red] : 환원형 활량

이 식은 Eh 는 [Ox]가 높아지면 높아지고 [Red]가 높아지면 낮아지는 것을 의미합니다.

또 [Ox]/[Red]에 좌우된다는 점에서 산화형과 환원형의 절대량이 아니라 비율에 의존하고 있는 것도 의미하고 있습니다.

이러한 점에서 산화 환원 전위는 그 용액이 산화 경향에 있는지 환원 경향에 있는지를 판단하는 지표가 될 수는 있지만 농도를 특정하는 성격은 아님을 알 수 있습니다.

다만 산화 환원계의 변화에 대한 저항성은 고농도 용액일수록 커집니다.

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실제 ORP 측정

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그림1 ORP의 측정에는 pH계의 mV레인지 또는 동등한 입력저항을 가진 전위차계와 백금전극 및 비교전극을 이용합니다.

그림1과 같이 측정하려고 하는 수용액에 양전극을 삽입하여 얻을 수 있는 전위차를 읽어냅니다.

(최근에는 ORP측정용 전극으로서 백금전극과 비교전극을 일체로 한 복합전극이 널리 이용되고 있습니다)

이 경우에 사용되는 비교전극은 앞서 기술한 표준수소전극과는 달리 일반적으로 은/염화은전극이나 카로멜전극이므로 얻을 수 있는 전위차는 올바른Eh 값이 아니기 때문에 주의가 필요합니다.

올바른 Eh 값을 구하려면 사용한 비교전극과 표준수소전극 간의 전위차(표1 참조)를 측정한 전위차에 추가합니다.

온도 [℃]	표준수소전극과 각종 비교전극의 전위차[mV]
	포화 카로멜전극	포화 염화은전극	3.3mol/L 영화은전극
0	260	223	224
5	257	218	221
10	254	214	217
15	251	209	214
20	248	204	210
25	244	199	206
30	241	194	203
35	238	189	199
40	234	184	196
45	231	179	192
50	227	173	188
55	224	168	185
60	220	162	181

표1 참조

예를 들어 포화염화은 비교전극을 이용해 25℃ 수용액을 측정했을 때의 측정치가 450mV일 경우 Eh=450+199=649[mV]가 됩니다.

 

스마트계측기 (smartinst.co.kr)

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