銅製の容器はイオンを通さない？（大学受験）

質問

よろしくお願いいたします。

問題は、ダニエル電池に関する記述として誤っているものを選べという問題で、選択肢の一つが、
素焼き製容器を銅製の容器に変えても、起電力は生じる。また、そのとき、両極板間に流れる電流の向きは変わらない
というのがあります。
答えは、×でその理由は、銅製の容器はイオンを通さないので、電流は流れないでした。
私は、銅製の容器はイオンを通さないというところにつまずいたのですが、銅は金属だから電気を通す、→電気を通すのは、銅の結晶の中の自由電子が自由に動き回れるからと思いました。
ということは、銅は、自由電子は自由に動き回れるが、イオンは通さないということでしょうか？自由電子とイオンは性質が異なるのですか？
イオンを通さないのはどうしてでしょうか？よろしくお願いいたします。

回答No.1

wild_herbs · ベストアンサー

おはようございます

仰られるように金属は自由電子をたくさん持ってます
だから電圧を印加すると電子がザーっと動いて電流が流れる訳です

イオンのイメージは掴めてますか
原子が電子を受け取ってマイナスに帯電しマイナスイオンになり
その逆の電子を放出してプラスに帯電しプラスイオンになります
イオンによる電流・・・ってことはイオン自体が移動することですよね

金属の中をイオンが移動することを想像してみましょう
その密度を考えれば分かりますがイオンの入る隙間なんてのは無かったりします
金属や半導体の固体中にイオンを入れようとすると相当のエネルギーが必要で
何kVもの強電界下で強引に加速して打ち込む感覚に近いです

なので銅はイオンを通さず実際に孔の空いた陶器は空間的にイオンを通す訳です
参考までに

お礼

ご回答ありがとうございます。
イオンのイメージいまいちでした。
読ませていただいて、少しつかめたような気がします。

電子は十分小さいので、金属中を移動できるが、イオンは電子に比べて大きいので、金属中に入る隙間なしということですね。

参考になりました。ありがとうございました！

回答No.4

c80s3xxx

> 水とイオンの大きさが同じだと知らなかったもので。。。

念のため．
素焼きの容器に開いている穴は水分子やイオンの大きさから見れば桁違いに大きな穴です．つまり，その次元で見るなら穴であることさえわからないくらいに大きくつながっているのです．ただ，その中を水が流れる速度はとても遅いので，両側にある液が混ざっていくようには（ふつうに見ている限りでは）とても思えない，というのを利用しているのです．
ろ紙を水が通るのには時間が結構かかりますよね．それは紙の繊維の隙間を通るのが大変だからです．そのもっと極端な例です．でも分子やイオンから見れば，穴の大きさはめちゃめちゃ大きいのです．水分子とイオンの大きさは同じ程度ではありますが，そのことより，イオンから見ればはるかに大きく動きを妨げるほどではなく，でも水がそのまま素通しになって流れるには細かすぎる穴が開いている，と捉えてください．

お礼

度々のご回答ありがとうございました。
この機会にしっかり覚えたいと思います。
すぐ忘れるんですが。。。でも、今回は、理解が深まったので勉強になりました。みなさんの貴重なアドバイス感謝します。

回答No.3

c80s3xxx

素焼きの容器がイオンを通すのはなぜか，という問題ですね．
あれはイオンが通るのではなく，溶液自体が隙間を通じてつながっているのです．
ただこの隙間が細いため，溶液の移動はゆっくりしかおこりません．容器の内側と外側の水位がほぼ一致しているなら，液自体は動かないといってもいいでしょう．
だから硫酸銅溶液と硫酸亜鉛溶液を混ぜないで分離しておくことができるように見えるのです．でもこれは要するにどのくらいの時間見ているか，という問題でもあります．無限に長い時間待てるなら，容器の外と中の溶液は結局完全に混ざります．何年かかるか知りませんけど．
この状態では溶液自体の動きはきわめてわずかですが，電流を流そうとしたときにイオンはあまり問題なく動き回れます．これも程度問題で，あまりたくさんの電流を流そうとすると問題になりますけど．
それに対して銅の容器はそれ自体が水をまったく通しませんよね?

お礼

ご回答ありがとうございます。確かに銅の容器は水を通さないですよね。私もそれはわかります。ですが、水とイオンの大きさが同じだと知らなかったもので。。。参考になりました。ありがとうございました。

回答No.2

ht1914

こういう質問が出ることに驚きました。
素焼きの容器はホームセンターで売っている植木鉢を考えて下さい。上薬のかかっていない安い方です。底の穴を塞いで水を入れると側面からゆっくりと水がしみ出してきます。食塩水だと食塩も一緒に出てきます。数日間放置しておくと表面に塩の結晶がつき始めます。素焼きの容器には細かい穴が開いています。焼き物の材料となった土の粒子と粒子の間に隙間があります。
銅の容器に食塩水を入れます。食塩水がしみ出してくるでしょうか。
電子とイオンは大きさが全く違います。水とイオンとは大きさが近いところにあります。固体は普通分子やイオンを通すことが出来ません。固体自体が原子や分子、イオンで出来ているからです。通り抜けるだけの隙間がありません。金属のコップ、ガラスのコップ、プラスティックスのコップ、どれも水を通しません。溶けている物質も通りません。

お礼

ご回答ありがとうございます。
銅の容器に食塩水をいれても、食塩水がしみだしてくるとは思いませんが、それは、イオンと食塩水の溶質の大きさが近いと知っていればできる発想ですよね。今回のご回答で参考になったのは、水とイオンの大きさが近いというところでした。