ボルタ電池について

 今日塾で中学生に電池を説明するのでここでまとめます。

 ボルタ電池ってあれです。小学校や中学校の理科に出てくる銅版と亜鉛版と希硫酸(濃度の低い硫酸の事)をつかって電気を作る化学装置です。
 アレッサンドロ・ボルタは硫酸を使う前は電解質水溶液の食塩水を使って「電たい」を開発。その理屈を応用させ1800年電池を作りました。
 しかしこのボルタ電池・・・発電量がとっても少ないので、大量につなぐ必要があり、とんでもなくかさばりました。
 また電極(特に銅の方)に水素の泡がついて電気の発生を妨げてしまうのも問題で、一定量の電気を長時間つくりだすことは難しかったのです。


 二種類の金属を電気を通す水溶液につっこむと電気がふたつの金属をつなぐ導線に流れるよ。って説明だけで納得すればいいのですけど、これを詳しく説明するのは相当ややこしい。高校の化学の知識が必要になってくる・・・そうイオン化傾向。

 貸そかな、まああてにするな、ひどすぎる借金

貸そ(Kカリウム)>か(Caカルシウム)>な(Naナトリウム) >ま(Mgマグネシウム)>あ(Alアルミニウム)>あ(Zn亜鉛)>て(Fe鉄)>に(Niニッケル) >する(Sn錫) >な(Pb鉛)>ひ(H水素)>ど(Cu銅)>す(Hg水銀)>ぎる(Ag銀)>借(Ptプラチナ)>金(Au金)

 って私は高校の頃サトル先生に覚えさせられたんですけど、これは「イオンへのなりやすさ」っちゃそうなんですが「絶対的順位」ではなく「相対的順位」であることに注目。つまりイオン化の傾向は相手によるということ。
 「貸そかな・・・」のイオン化傾向は、つまりカリウムがもっともどんな相手が来ても陽イオンになりやすい場合が多く(イオン化傾向が高いから)、逆に金はどんな相手でもイオン化しない。
 まあカリウムは最弱って感じですが、実はさらに弱いリチウムやセシウム(1秒の基準を決める原子時計で有名)なんてのもいる。ただ金よりイオン化傾向低い金属って私は知らない。王水でしか倒せないってイメージあるし(あとは超臨界水くらいか?)。

 とにかく鉛と銅と水素(←希硫酸に入ってる。硫酸は水に溶けると硫酸イオン(SO4 2-)と水素イオン(H+)を出す)のイオン化傾向を比べると鉛>水素>銅となります。
 イオン化傾向がボルタ電池のメンバーで最も高い「鉛」は硫酸にあっさり溶けて、陽イオン(Zn 2+)になり硫酸の水溶液に溶け出していきます。
 「陽イオン」とは原子がもっていた電子が外れて、マイナスの電荷よりもプラスの電荷が相対的に高くなりプラスの電気を帯電している状態のことを言います。

 鉛が陽イオンになることで金属板はマイナス極となり、そこに取り残されてしまった鉛の電子は、電気となって導線を移動、途中豆電球かなんかをつけたりして相対的に+極となった銅板にむかいます。
 銅板に到達した電子はここで電解質中の水素イオンと結合し水素を発生。銅板に水素の泡がついてしまうのはそのためです。

 実は亜鉛版でも亜鉛原子から外れた電子は水素イオンとくっついていて、じゃあ別にわざわざ導線を通って銅板で水素イオンとくっついて水素出さなくてもいいじゃんという感じですが、なんでも「水素過電圧」という話があって、水素は亜鉛よりも銅の方が発生しやすいので(亜鉛は水素過電圧が高い。平たく言えば銅の方が亜鉛よりも水素イオンと電子に人気がある)導線に電気が流れるそうです。
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