電気分解とは

炭素電極を使って塩化銅(CuCl2)水溶液を電気分解すると、陽極では気体の塩素(Cl2)が発生し、陰極では単体の銅(Cu)が析出する。

このように、外部から電気を与えることである物質(この例ではCuCl2)を分解することを「電気分解」という。


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電気分解の仕組み

上で使った「塩化銅の電気分解」を例に、電気分解がどのようにして行われているのか、その仕組みについて説明していこう。

STEP1

まず、電池の負極から電子(e)が出てくる。

STEP2

次に、陰極で溶液中の陽イオンがeを受け取る。

今回は、溶液中に存在するCu2+が2つのeを受け取って単体のCuが析出しているね。

注意

ここでこういう疑問を抱く人がいると思う。

「水溶液中には陽イオンであるHもいるはずなのになんでCu2+だけが電子を受け取るの??」

CuCl2水溶液中には、水(H2O)から電離したHも確かに存在している。しかし、HとCu2+イオン化傾向(=イオンでいたい度合い)を比べると、Cu2+の方が小さい。

従って、より「イオンでいたい」と思っているHは溶液中にイオンとして残り「別にイオンでなくてもええんやけど…」と思っているCu2+が電子を受け取り単体として析出するんだ。「(陽イオンでは)イオン化傾向の小さいイオンが電子を受け取る」ということはしっかり覚えておこう。

STEP3

陽極での反応は、電極の素材で2パターンに分けることができる。
極板が金(Au)や白金(Pt)、炭素(C)のときは「パターン1」、それ以外(CuやAgなど)の場合は「パターン2」となる。

今回の極板は炭素(C)なので「パターン1」の方。
陰イオンであるClはeを離すと、気体のCl2として外に出ていく。
一方、eは電池の正極へと戻っていく。

注意

陰極の時と同じく、こう考える人がいるだろう。

「CuCl2水溶液中には、水(H2O)から電離した陰イオンOHも存在しているのになんでClだけが電子を離すの??」

この疑問は、陽イオンの時と同じ考え方で解決できる。
Clイオン化傾向(=イオンでいたい度合い)はOHに比べて小さい。従って「おれ別にイオンじゃなくてもいいよ」と思っているClの方が電子を離しCl2となるんだ。「(陰イオンでは)イオン化傾向の小さいイオンが電子を離す」ということはよく覚えておこう。


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各極での反応

上で挙げた「塩化銅の電気分解」について、陽極・陰極での反応をそれぞれまとめてみよう。

陰極での反応

先ほど説明したように、陰極では、電池の負極から流れてきたeをCu2+が受け取り単体のCuが析出する。
これを反応式で表すと次のようになる。

\[
\mathrm{ Cu^{2+} + 2e^{-} → Cu }
\]

陽極での反応

陽極では、Clが電子を離し気体のCl2となる。

\[
\mathrm{ 2Cl^{-} → Cl_{2} + 2e^{-}}
\]

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