ダニエル電池【高校化学・化学基礎一問一答】

ボルタ電池の起電力は約1.1であったが、分極が起こるため起電力はすぐに低下した。そこで開発されたのがダニエル電池である。
ダニエル電池では、亜鉛板を浸したZnSO₄水溶液と銅板を浸したCuSO₄水溶液を素焼き板で区切り、これにより分極を防ぐことに成功した。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

ダニエル電池とは、亜鉛Zn板（負極）を浸した硫酸亜鉛ZnSO₄水溶液と、銅Cu板を浸した硫酸銅（Ⅱ）CuSO₄水溶液を、素焼き板（セロハンでも可）で仕切った電池である。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

STEP1

まずは、イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。（詳しくはイオン化傾向（覚え方・定義・金属板の反応のしやすさ）を参照）

ダニエル電池に使われている金属板はCuとZnであり、これらのうちイオン化傾向がより高いのはZnである。したがって、Zn板が溶け出す。
また、ZnがZn²⁺という陽イオンになったので、電子e^–が発生していることも確認しておこう。

STEP2

STEP1で発生した電子e^–がCu板側に伝わる。

このとき、電子e^–が通過することで（電流が発生して）豆電球が点灯していることに注目しよう。

STEP3

最後に、Cu板に流れてきた電子がCuSO₄中に存在しているCu²⁺とくっつく。（＝単体のCuが析出）

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

ダニエル電池の負極・正極での反応は次の通り。

負極
ダニエル電池の負極では、Zn板が溶け出してZn²⁺とe^–が発生する。

正極
ダニエル電池の正極では、CuSO₄中に存在しているCu²⁺がe^–を受け取ることで単体のCuが析出する。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

素焼き板の役割①
素焼き板の1つ目の役割は「2つの溶液（ZnSO₄とCuSO₄）が混ざるのを防ぐ」というもの。

素焼き板はZnSO₄とCuSO₄を隔てる役割を果たしている。

素焼き板の役割②
素焼き板の2つ目の役割は「イオンを透過させることで、電荷のバランスを調整する」というもの。

ダニエル電池を使い続けていると、負極では次第にZn²⁺が、正極ではSO₄^2-が増加していく。（正極でSO₄^2-が増えるのは、CUSO₄から電離したCu₂₊がCuになることで、相方のSO₄^2-が余ってしまうため）

このとき、陽イオンが増えた負極はプラス側に、陰イオンが増えた正極はマイナス側に電荷が偏っている。この「電荷の偏り」を調整するのが素焼き板である。

素焼き板はイオンを通す性質をもつので、Zn²⁺が素焼き板を通って正極側に、SO₄^2-が負極側に移動する。これによって、電気的なバランスが整えられる。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照

起電力UPのポイント①
１つ目のポイントは「ZnSO₄の濃度を低くしておく」ということである。

はじめから溶液中にZn²⁺がたくさんあると、（溶けて生成するZn²⁺の居場所がないため）Zn板が溶解しづらくなってしまう。

したがって、より大きい起電力を得るためには「スタート時のZnSO₄の濃度を低くしておきZn板をスムーズに溶解させる」ことが重要になる。

起電力UPのポイント②
２つ目のポイントは「CuSO₄の濃度を高くしておく」ということである。

正極では、Cu²⁺がe^ーを受け取り単体のCuとなる。
したがって、スタート時に溶液中のCu²⁺が少ないと、はやい段階でCu²⁺を使い切ってしまう。

Cu²⁺濃度が高ければ高いほど、たくさんのe^–を受け取ることができる。

※ダニエル電池について詳しくはダニエル電池（仕組み・各極の反応式・素焼き版・起電力など）を参照