ボルタ電池について

質問

ボルタ電池では、亜鉛板から銅板へ電子が流れますが
なぜ電子が流れるのでしょうか?

一般的には、
イオン化傾向が Zn>Cu であり、亜鉛がイオン化し
亜鉛板側が負極になり銅板側が正極になり電子が流れる等と説明されています。

しかし、この説明だけですと
正極・負極という概念も電子が流れた結果としての事後的な概念で
電子の移動そのものの原因を説明してないように思えます。

A・・亜鉛から放出された電子は
そのまま亜鉛板に残ることはできないのでしょうか?
B・・・また、導線を流れた電子は正極である銅板表面の水素イオンと反応しますが
亜鉛版表面の水素イオンと反応するわけにはいかないのでしょうか?

回答No.2

ORUKA1951 · ベストアンサー

電子を使いたい気持ちがわからないわけじゃないですが、電子は付随的なものです。
金属は、電子を失って陽イオンになりやすい物質です。
その電子を失いやすさ--イオン化エネルギー--はそれぞれの金属によって差があります。
電解液に浸されたとき、亜鉛も銅(ボルタの電池は実際は水素)も陽イオンになろうとしますが、単にそれだけです。
　なぜなら電子を極に放置して飛び出せば溶液と電極の間に電位差が生じますから、いずれバランスが取れて平衡に達します。ただ、その大きさには違いがありますから双方の電極には電位差が現れます。

　そこで、はじめて、このふたつの電極を導体で接続してみます。
　^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

　電位差があるふたつの点を導体で結べば、電荷は移動します。なぜなら接続された瞬間に導体内に電場の傾きが現れるからですね。その電界の傾きによってその導体が金属の場合は電子がいっせいに移動を始めるのです。イオン橋(寒天に電解液を溶かして固めたもの)で接続すればイオンが移動します。
　電荷が移動(電流が流れる)によって当初の電位差が小さくなりますから、電池の電解液と電極との電位差が小さくなりますから、金属の溶出--水素イオンが水素分子になる反応が再び始まります。

A・・亜鉛から放出された電子は
そのまま亜鉛板に残ることはできないのでしょうか?
B・・・また、導線を流れた電子は正極である銅板表面の水素イオンと反応しますが
亜鉛版表面の水素イオンと反応するわけにはいかないのでしょうか?

　以上の電池の反応を正確に理解していると、答えは見えてくるでしょう。

お礼

ありがとうございました。
概ね理解しました。

ORUKA1951様は私のつたない質問の意図や思いを汲み取って頂き、それに沿った回答をして頂きとても感謝しております。

回答No.1

windwald

まず、ボルタ電池の電圧発生は、銅と亜鉛のイオン化傾向の差によって起こる物ではありません。
亜鉛と水素のイオン化傾向の差です。
イオン化傾向がZn>Hであるので、亜鉛板を希硫酸中に入れれば、
Zn＋2H^+ → Zn^2+＋H2 の反応が起こります。
亜鉛の持つ電子は亜鉛板表面上で水素イオンに渡されています。

これに電線でつながった銅板を取り付けた場合、
やはりそのまま亜鉛板表面上で水素イオンへと電子が渡されます。
ここで、銅は電気を通せるのですから、銅板表面上でも水素イオンに電子を渡す反応も併発します。
水素イオン(客)にしてみれば、亜鉛板(混んだ窓口)に殺到するよりも、
銅板(すいた窓口)があるのなら、そっちでもやってくれ、ってかんじでしょうか。
実験してみれば分かることですが、ボルタの電池を作ると、水素は銅万丈でも亜鉛板上でも発生します。