【SPONSORED LINK】

電池と電気分解5|電気分解の基本と,電池と電気分解の違い

  
   

電池と電気分解4|鉛蓄電池の仕組みと反応】の続きです.

さて,この記事では電気分解について書きます.

「電池」と「電気分解」を学ぶと,どっちがどうだったか電気分解と電池の違いが曖昧になってしまう人は少なくありません.

「電池」は「電池とはイオン化傾向の違いを利用して,物質から電気エネルギーを取り出す装置のこと」をいうのでした.一方,「電気分解」ではこれとほとんど真逆のことが起こっています.

この記事で「電気分解」を理解して,電池と電気分解をしっかり区別して考えられるようになってください.

なお,「電気分解」を略して「電解」ということも多いので注意して下さい.どちらも同じ意味です.

【SPONSORED LINK】

そもそも電気分解とは

化学反応には熱分解というものがあります.

例えば,炭酸水素ナトリウム\mrm{NaHCO_3}を加熱すると,次の反応が起こります.

2\mathrm{NaHCO_3 \to Na_2CO_3 + H_2O + CO_2}

これは加熱したことによるエネルギーで2\mrm{NaHCO_3}\mrm{Na_2CO_3}\mrm{H_2O}\mrm{CO_2}に分解されています.これは,熱エネルギーを与えることによって起こる分解なので,熱分解といいます.

一方,熱エネルギーではなく,ビリビリと電気エネルギーを与えることによって起こる分解を「電気分解」といいます.

電池と電気分解4

電気分解の反応では,たとえば塩化銅(II)水溶液\mrm{CuCl_2}aqの電気分解がよく取り上げられます.

これは2本の炭素棒\mrm{C}を塩化銅(II)水溶液\mrm{CuCl_2}aqにボチャンと浸け,電気を流すことで起こります.

反応は右図の左の炭素棒で

\mrm{2Cl^- \to Cl_2 + 2e^-}

右の炭素棒で

\mrm{Cu^{2+} + 2e^- \to Cu}

の反応が起こります.

この半反応式から分かるように,塩化物イオン\mrm{Cl^-}は酸化されて塩素\mrm{Cl_2}に,銅イオン\mrm{Cu^{2+}}は還元されて銅\mrm{Cu}になっています.

熱エネルギーを与えて分解させる反応を熱分解というように,ビリビリと電気エネルギーを与えて分解させる反応を電気分解という.

電気分解の仕組み

電池と電気分解5

電気分解は溶液に2本の炭素棒をボチャンと浸け,炭素棒を導線で繋いで電流を流すことで起こります.

なお,「炭素棒」とは鉛筆の芯ような太い「黒鉛」の塊です.

炭素棒ではない電極を用いることもありますが,いきなり書いてしまうとややこしくなるので,この記事では基本として電極が炭素棒\mrm{C}のときを扱います.

炭素棒ではない電極については次の記事で書きます.

さて,「電池」が生み出す電流とは「電子\mrm{e^-}の流れ」のことでした.

そこで,電池の電極のうち,電子\mrm{e^-}を放出する方の電極を正極,電子\mrm{e^-}を受け取る方の電極を負極というのでした.

そのため,電気分解の電極のうち,「正極と繋がった方の電極」は電子を放出し,「負極と繋がった方の電極」は電子を受け取ります.この「電池の正極とつながっている方の電極」を「陽極」,「電池の負極とつながっている方の電極」を「陰極」といいます.

陽極は電子を放出するので参加反応が,陰極は電子を受け取るので還元反応が起こります.

確かに上で挙げた塩化銅(II)水溶液\mrm{CuCl_2}aqの電気分解も陽極で酸化反応,陰極で還元反応が起こっています.

半反応式\mrm{2Cl^- \to Cl_2 + 2e^-}\mrm{Cu^{2+} + 2e^- \to Cu}から,

\mrm{CuCl_2\to Cl_2+Cu}

となって,硫酸銅(II)水溶液\mrm{CuCl_2}aqを銅\mrm{Cu}と塩素\mrm{Cl}に分解しています.

電気分解の電極のうち,電池の正極と繋がった方を陽極,負極と繋がった方を陰極といいます.負極からは電子が流れてくるため陰極では還元反応が起こり,正極からは電子が流れてくるため陽極では酸化反応が起こります.

電池と電気分解の3つの違い

さて,電気分解の説明が終わったので,本題に移ります.電池と電気分解には,大まかに次の3つの違いがあります.

  1. 「正極/負極」と「陽極/陰極」の違い
  2. 「自動的反応」と「受動的反応」の違い
  3. 「酸化」と「還元」の違い

1と3はリンクしているのですが,重要なので分けて書きました.

「正極と陽極の違い」と「負極と陰極の違い」

正極と陽極の違い,負極と陰極の違いについて説明します.正も陽も「プラス」,負も陰も「マイナス」なのでややこしいのですが,これらは明確な違いがあります.

正極と負極は「電池」で,陽極と陰極は「電気分解」です.

そもそも電池はイオン化傾向の差を利用して電気エネルギーを取り出す装置であることは,これまで書いてきた通りです.

イオン化傾向が大きい金属は陽イオンになりやすいのでした.陽イオンになるということは,マイナスの電荷を持つ電子を放出するということですから,負極になります.

そして,先ほど書いたように,陰極は「電気分解において電池の負極と繋がった方の電極」のことをいうのでした.したがって,

負極は電池の電極の金属でイオン化傾向の大きい方で,陰極は電気分解の電極で電池の負極とつながっている方

となります.

イオン化傾向の大きい方が電子を放出する負極ですから,逆にイオン化傾向の小さい方は電子を受け取る正極になります.

そして,陽極は「電気分解において電池の正極と繋がった方の電極」のことをいうのでしたから,

正極は電池の電極の金属でイオン化傾向の小さい方で,陽極は電気分解の電極で電池の正極とつながっている方

となります.

電池の電極が「正極と負極」であり,電気分解の電極が「陽極と陰極」である.

「自動的反応」と「受動的反応」の違い

再三書いていることですが,電池はボチャンと溶液に浸けるものは異なる金属で,それらの金属のイオン化傾向の差を利用して酸化還元反応を引き起こして,電子を取り出す装置でした.

つまり,電池は組み立てれば自然と電流が流れるのです.ですから,電池は「自動的反応」ということができます.

一方,電気分解は電極が炭素棒ですから,イオン化傾向の差なるものはありません.ですから,それ単体で反応は起こらないのです.

電気分解は電池につなぐことで,反応が引き起こされるのです.ですから,電気分解は「受動的反応」ということができます.

電池が反応を起こす→電気分解の反応が引き起こされる

という順なのです.

言葉の話ですが,「陽極/陰極」の定義が「正極/負極と繋がっている方」なのですから,先に正極/負極が定義されていることも分かりますね.

電池は装置を組み立てることによって自動的に電気が流れる.そのため,先に電池の正極,負極が分かり,それにどう繋がっているかで電気分解の陽極と陰極が分かる.

「酸化」と「還元」の違い

「正極は還元反応,陽極は酸化反応」です.正極と陽極で酸化還元が逆になっています.

「どっちがどっちか覚えられねえよ!」

という人は酸化還元反応の基本に立ち戻って考えれば簡単に分かります.

念のため復習すると,

  1. 電子\mrm{e^-}を受け取る→還元反応,電子\mrm{e^-}を放出する→酸化反応
  2. 電子\mrm{e^-}は負極から放出され,正極で受け取る

でした.1については,簡単に言えば,「酸化」=「+になる」,「還元」=「-になる」だったことを思い出してください.

この2つのことから,「正極は還元反応,陽極は還元反応」と分かります.これらは基本を理解していればすぐに分かることですから,繋げて理解するようにしてください.

また,同様に「負極は酸化反応,陰極は還元反応」であることにも注意してください.

表にすると次のようになりますね.

電極の違いと酸化還元
電池/電気分解 酸化/還元
正極 電池 還元
陽極 電気分解 酸化
負極 電池 酸化
陰極 電気分解 還元
負極から電子が流れ出るので酸化される.正極には電子が入っていくので還元される.また,陰極には電子が入っていくので還元される.陽極にから電子が流れ出るので酸化される.

電池と電気分解6|陽極と陰極の反応4パターンを理解する】に続きます

関連記事

以下,関連記事です.

【良いと思ったらシェアを!】

SNSでもご購読できます。