酸化還元と電池

イオン化傾向と電池

イオン化傾向の異なる金属を電解液中に接触しておくと、イオン化傾向の大きな金属が電子を失って溶け出してしまう。これを利用したものが電池。

イオン化傾向の異なる金属を電解質溶液に入れてそれを導体で接続すると電池になる。それは、イオン化傾向の大きい金属が電子を失ってイオンになりやすいため、電子が導体を通じてイオン化傾向の大きい金属からイオン化傾向の小さい金属に向かって流れようとするためである。

【どちらがプラスでどちらがマイナスになるか】

電子の流れる方向と逆に電流は流れるので、電流の方向はイオン化傾向の小さいほうから大きいほうへ向かって流れる。イオン化傾向の大きいほうが常に陽極(プラス)になる。

ボルタの電池

イタリアの物理学者、ボルタが考えた起電力1.1Vの一次電池である。ガルバニ電池とも呼ばれる。1800年に発明された。正極に銅板を、負極には亜鉛板を、電解液には硫酸を用いる。亜鉛は銅よりイオン化傾向が大きいため、電流を流していると負極から水素が発生する。

陽極に銅版、負極に亜鉛版をつかい電解液に希硫酸を用いた最初の電池。陰極では亜鉛が溶け出し、陽極側では水中の水素イオンH+が電子を受け取り水素の気体が発生する。この気体の発生によって電極の表面が覆われ起電力が低下する。これを分極という。分極を防ぐために過酸化水素水などの分極剤を加える必要がある。

その結果、硫酸の濃度が低下し電池の起電力が低下する。これを分極という。

分極を防ぐには過酸化水素水や二クロム酸カリウムなどの減極剤を用いる。

ダニエル電池

ジョン・フレデリック・ダニエルが1836年に発明した電池のことで、起電力1.1Vの化学一次電池である。ボルタ電池は、プラス側で水素が発生して分極をおこし、すぐに起電力がなくなる欠点があった。ダニエル電池は素焼きの容器で電解液を分離しプラス側に硫酸銅溶液、マイナス側に硫酸亜鉛溶液を用いることによって起電力の変化が少なく、気体も発生しない実用性が向上した電池となった。 ダニエル電池は、ボルタの電池を改良したもので、陽極に銅版、陰極に亜鉛版を使用し、陽極側の電解質溶液に硫酸度、陰極側に硫酸亜鉛を使用し電解質溶液を素焼きの板で仕切ったもの。陽極では銅イオンCu2+が電子を受け取り銅に戻るため水素ガスが発生しない。

乾電池

乾電池は、1887年（明治20年）日本の時計職人である屋井先蔵（やい さきぞう）によって、寒冷地でも使用可能な電池として発明された。その後、改良と規格化を経て現在の円筒形となった。

鉛電池

★イオン化傾向と酸化還元反応は毎日の暮らしと密接に関わっているので、しっかり理解しておこう。

---