ボルタ電池（仕組み・各極の反応・分極の理由など）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『ボルタ電池（仕組み・各極の反応・分極の理由など）』について解説しています。

ボルタ電池とは

• 亜鉛Zn板と銅Cu板を希硫酸H₂SO₄に浸してできる電池をボルタ電池という。
• ボルタ電池は、イタリア人であるボルタが1800年に発明した電池が原形になっている。

ボルタ電池の電池式

• 上述の通り、亜鉛Zn板と銅Cu板を希硫酸H₂SO₄に浸してできる電池をボルタ電池という。
• これを踏まえて、ボルタ電池の電池式は次のように表すことができる。

\[ \mathrm{(-)Zn｜H_{2}SO_{4}aq｜Cu(+)} \]

ボルタ電池の仕組み

• ボルタ電池の仕組みについて、電池の仕組み（イオン化傾向との関わり・正極と負極・電子と電流の向き）で紹介した3STEPを使って解説する。

STEP

イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。

まずは、イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。
ボルタ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Zn^2＋という陽イオンになったので、電子e^ーが発生していることも確認しておこう。

STEP

STEP1で発生した電子e^ーがもう片方の金属板の方へ流れる。

STEP1で発生したe^ーがCu板側に伝わる。
このとき、e^ーが通過することで（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。

STEP

流れてきたe^ーが（溶液中の）イオン化傾向の小さい陽イオンとくっつく。

Cu板に流れてきたe^ーは、希H₂SO₄中に存在しているH^＋とくっつく。（＝気体のH₂発生）

各極の反応

• ボルタ電池の負極・正極での反応をそれぞれまとめる。

負極

• ボルタ電池の負極では、Zn板が溶け出してZn^2＋とe^ーが発生する。

\[ \mathrm{Zn→Zn^{2+}+2e^{-}} \]

正極

• ボルタ電池の正極では、H₂SO₄中に存在しているH^＋がe^ーを受け取ることでH₂が発生する。

\[ \mathrm{2H^{+}+2e^{-}→H_{2}} \]

ボルタ電池の問題点

• ボルタ電池では、正極で気体の水素H₂を発生する。
• ボルタ電池を使い続けるとこのH₂がCu板の周りに溜まってくる。

• 溜まったH₂は、水溶液中のH^＋が負極からやってきたe^ーを受け取るのを妨害してしまう。
• その結果、電子の受け渡しに不具合が生じ、電圧が急激に低下する分極とよばれる現象が起こる。
• 分極を防ぐためには、過酸化水素H₂O₂などの減極剤を溶液に加える必要がある。