ボルタの電池について教えてください！

質問

ボルタの電池は、食塩水に亜鉛と銅を入れて亜鉛の電子が導線を通り、銅に行って水素イオンとくっついて電流になりますよね。

なんで電子は食塩水を通って銅に行かないんですか？

それと亜鉛って食塩水に溶けるんですか？

回答No.1

noname#160321 · ベストアンサー

>なんで電子は食塩水を通って銅に行かないんですか？
良い質問だと思います。
電池というものは、基本的には「酸化還元反応」を容器の中に閉じこめたものです。
ではなぜ亜鉛の電子は水中を通って銅に行かないのでしょうか。
それは「亜鉛の電子は『銅が見えない』」からです。
電池溶液の中のイオンは「拡散」によって移動します。
（電子も同じですが、電子の良い媒体例えばＨ2Ｏ-・といったものは無視出来る程しか存在しません。）
亜鉛を食塩水に漬けると亜鉛イオンはほんの少し水に出ていき、亜鉛板は微少のマイナス電荷を持ちます。
銅板も食塩水に漬けるとほんの少し水素イオンに電子を与えて微少のプラス電荷を持ちます。
これらの値はそれぞれ分っていて、「半電池」の「電位」と呼ばれます。
半電池の電位の差が「電池の起電力（電位）」となります。
ちょっと難しい話しになって申し訳ありません。
早い話：亜鉛板と銅板を金属線で結んでやると、「金属中には電位差がない」ので電流が流れます。
これに対して溶液中には電位差がある上に電子の運び手がないので、溶液中を泳いで銅板に到達することは出来ません。
さらに電子が溶液中にあれば溶液のどこでも水素イオンと反応して水素ガスを発生してしまいます。
これについては次項でで述べましょう。
>それと亜鉛って食塩水に溶けるんですか？
食塩水でなくともアルコールなどにも溶けて水素を発生します。これを利用してアルコール中から水を除く方法が行われています。
亜鉛は水素よりイオン化傾向が大きいので、表面の酸化物などを除いてやれば、水素を発生しながら水に溶けます。
ただし、酸化物や水酸化物が出来ると反応は遅くなります。

お礼

とても詳しく説明していただいてどうもありがとうございます。
次のテストはバッチリ１００点とってみせます!!

補足

それでは亜鉛の電子の少量は溶液に行くんですか？

回答No.3

htms42

亜鉛と銅板、食塩水で電池を作ったときは
銅の表面についている酸化物が反応していると考えられます。
Ｃｕ２＋が存在していなければ電流は流れません。
表面に付いた銅の化合物が反応してしまえば電流は流れなくなります。
電流が流れなくなったところで銅板を外に出してしばらく置き、また入れてみてください。流れ始めます。
起こっていることは
Ｚｎ　＋　Ｃｕ２＋　→　Ｃｕ　＋　Ｚｎ２＋
です。

私はソーラーモーターをつけてやってみました。１０ｃｍぐらいの銅板を使うと面白いです。ビーカーの中の食塩水に銅板を半分ぐらい漬けてファンを回します。回らなくなったら上下をさかさまにして空気中にでていた方を中に入れて回路をつなぎます。回り始めます。しばらくするとまた回らなくなります。また上下をひっくり返します。回り始めます。
食塩水でぬれた銅板を空気中にさらすと意外と速く空気中の酸素と反応するようです。

水の中を電子は移動できません。電子が自由に移動できるのは金属の中だけです。水の中ではイオンが動くことが出来ます。でも金属の中を電子が動く方が速いです。
水中のイオンは熱運動で無秩序の動いています。正のイオンも負のイオンもあります。一方向にイオンを動かす原因になる力は存在しません。電極のすぐ近くではイオンの濃度の勾配が出来ます。そこでは濃い方から薄い方に向かっての拡散が生じます。
この場合は亜鉛のイオンが拡散します。拡散するとすぐにたくさんあるＮａ＋とＣｌ－の海の中に紛れ込んでしまいます。食塩水でなく蒸留水を使うと亜鉛版のすく近くに亜鉛のイオンが溜まります。正の電気だけを持った海の中には正のイオンは入っていくことが出来なくなります。食塩水の主な役割は正の電荷だけが溜まるのを防ぐことです。

お礼

忙しい中どうもありがとうございます。助かります！

回答No.2

パんだ パンだ（@Josquin）

ごく微量の電子は亜鉛の表面で水素イオンにくっついて水素ガスになっていると思われます。ただし、食塩水では水素イオン濃度が低すぎるので、目には見えません。
普通のボルタ電池では希硫酸を使っているため、亜鉛の表面から水素が発生しているのが観測できます（希硫酸の濃度や回路の抵抗にもよりますが）。

亜鉛の表面で反応が起こってしまうので、電子はどうがんばっても銅までは到達できないでしょう。

お礼

希硫酸の濃度や回路の抵抗が大きくなると亜鉛の表面での反応が大きくなるんですよね？
いろいろと助かりました。ありがとうございます！