ボルタ電池とは？仕組み・各極の反応・分極の理由などを図で解説！

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はじめに
ボルタ電池の仕組み
ボルタ電池の問題点
問題演習
関連：計算ドリル、作りました。

はじめに

このページでは、ボルタ電池の仕組みや問題点について図を使って一から丁寧に解説していく。基礎的な電池なので必ず理解しておくようにしよう。

ボルタ電池の仕組み

STEP1	イオン化傾向の大きい金属板が溶ける
STEP2	STEP1で発生した電子（e-）がもう片方の金属板の方へ流れる
STEP3	流れてきたe-が（溶液中の）イオン化傾向の小さい陽イオンとくっつく

Point!

ボルタ電池の仕組みについて、電池の仕組みを解説！〜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で説明していく。

STEP1

まずは、イオン化傾向の大きい金属板が溶ける。

CuとZnではZnの方がイオン化傾向が高い。したがって、この場合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、e^ーが発生していることも確認しておこう。

STEP2

次に、STEP1で発生したe^ーがCu板側に伝わる。

このとき、電子が通過することで（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

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

ボルタ電池の問題点

分極を起こす！

Point!

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」という現象が起こる。

このような問題点があったため、ボルタ電池は実用化には至らなかった。

問題演習

問題

（１）両極での反応を、e^–を含むイオン反応式で書け。
（２）放電してすぐに電圧が低下することをなんというか。
（３）（２）の語を用いてボルタ電池の問題点を指摘しなさい。

解答

（１）正極：2H⁺＋2e^–→H₂
　　　負極：Zn→Zn²⁺＋2e^–
（２）分極
（３）例：発生したH₂が気泡としてCu板の表面にくっついてしまい、それが邪魔で新たにきたe^–をH⁺が受け取りづらくなって分極を起こしてしまうから。

解説

（１）

正極：2H⁺＋2e^–→H₂
負極：Zn→Zn²⁺＋2e^–

まずは、イオン化傾向の高いZn板が溶け出す。
これが負極の反応式だね。
次に、Cu板へと伝わってきたe^–を水溶液中のH⁺が受け取って水素が発生する。

（２）

これは覚えてるかどうかだね。
放電後にすぐ電圧が下がってしまう現象を分極という。

（３）

これも、解答に書いてあるとおりだ。