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）

はじめに

【プロ講師解説】このページでは『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）』について解説しています。

金属板の溶解

• 電池を学ぶ上で重要な「金属板の溶解」について説明する。
• 金属板を希硫酸（希H₂SO₄）に入れたときにどのような反応が起こるのか、考えてみよう。

Zn板の場合

• Zn板を希H₂SO₄中に入れると、Zn板は融解しZn^2＋となる。
  ZnがZn^2＋になることにより発生した2つのe^ーは、希H₂SO₄中に存在しているH^＋とくっつくことにより気体のH₂となって外へ出ていく。
• この反応は「イオン化傾向の差」が原因となって起こる。
  つまり、ZnとH₂のイオン化傾向を比べたときに、よりイオン化傾向の大きなZnがイオンとなって溶け出し、イオン化傾向の小さなH₂が気体となる。

参考：イオン化傾向（覚え方・定義・金属板の反応のしやすさ）

Cu板の場合

• Cu板を希H₂SO₄中に入れても、（Zn板と異なり）全く変化が起こらない。
• これは、Cuのイオン化傾向がH₂より低いためである。

参考：イオン化傾向（覚え方・定義・金属板の反応のしやすさ）

電池とは

• 酸化還元反応を利用して電気エネルギーを取り出す装置を電池（又は化学電池）という。
• 酸化還元反応について詳しくは次のページを参照のこと。

参考：酸化・還元の定義〜水素・酸素・電子の３パターン〜
参考：酸化剤・還元剤（違い・見分け方・例・一覧など）

電池の仕組み

• 電池の仕組みについて、次の3STEPで確認する。

• 今回は最も基礎的な電池であるボルタ電池を例として用いる。

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で発生した電子e^ーがCu板側に伝わる。
このとき、電子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板に流れてきた電子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）