イオンと電子の通り道

質問

化学ポテンシャルの違いを利用して電池が成立していることは分かるのですが、何故、イオンと電子で通り道が違うのか、原理がいまいち分かりません。
電子は電解質の中を通ることは出来ないのでしょうか？
もし、電子が電池の内部を通ってしまったら電池として成立しないですよね。
電気化学の初心者なのですが、なるべく詳しい原理を説明して頂くか、参考になる資料を紹介して頂けませんでしょうか。

回答No.2

noname#160321

裸の電子の代わりに裸の陽子(水素の原子核、知ってますよね)を例にしましょう。
陽子はサイズが水素原子より数桁小さいので「裸の特異点」並みに巨大な分極を起こします。
そのため瞬時に水分子が寄ってきてＨ3Ｏ^+(ヒドロニウムイオン)を作ります。これが陽子の場合。
電子の場合はサイズがさらに小さくなりますが、分子のサイズから見たら陽子も電子もほとんど無視できる事に変わりはありません。
電子があると、やはり水と瞬時に反応します。
Ｈ2Ｏ ＋ e^- → H・ ＋ OH^-
と言う具合に水素原子が出来ます。
水素原子は通常二つ集まって水素分子になり気泡を生じて水相から放出されます。
ですから、電子は水の中を通ることは出来ないのです。
電解質を溶解した水は良導体ですがこれもイオンが「押せ押せ」で移動していますからかなり抵抗は大きいのです。もちろん電子は存在していません。
その関係で念を押しておくのが良いのは金属の場合で、フェルミレベルまで電子の詰まった金属に電場がかかると電子が流れますが、入る電子と出る電子は「別の電子」です。個々の電子は他の電子や原子にぶつかりながらあちらこちらと漂います。
電場が掛かると瞬時に電流が流れるのはやはり電子の「押せ押せ」効果に依っています。

お礼

ありがとうございます

一部、不明な部分がまだあり、宜しかったら追加で答えて頂けませんか。

>陽子はサイズが水素原子より数桁小さいので「裸の特異点」並みに巨大な分極を起こします。

陽子が分極する、の意味が分かりません。
陽子は点電荷なので、分極しようが無いと思いますが？

>水素原子は通常二つ集まって水素分子になり気泡を生じて水相から放出されます。
ですから、電子は水の中を通ることは出来ないのです。

電子が水中で存在できないことは分かりました。
ただ、何故、負極で水素分子が発生する反応が起こらず、導線を通って正極へ行く反応が優先的に起こるのでしょうか。
その原理を教えて頂きたいのですが。

回答No.1

noname#160321

文献は引きません。
裸の電子が水の中に入ると、どうなるか考えて下さい。
化学屋、物理屋でそれが分からないと喰っていけません。
あと、半電池とネルンストの式の導出について再度勉強して下さい。

補足

>裸の電子が水の中に入ると、どうなるか考えて下さい

それが考えても分からないから聞いてるんですが・・・