【Sponsored Link】

電池と電気分解2|イオン化傾向と電池の仕組み

電池と電気分解1 ―電池,電流とは何か?―」の続きです.

多くの金属は電子を放出して陽イオンになります.その陽イオンへのなりやすさのことを「イオン化傾向」といい,「イオン化傾向」は非常に重要な概念です.

さらに「イオン化傾向」の大きい順に並べたものを「イオン化列」と言いますが,これは電池の正極,負極を考える上では欠かせないものです.

【Sponsored Link】

「イオン化傾向」と「イオン化列」

イオン化傾向

単体の金属について「イオン化傾向」というものがあります.

「イオン化傾向」とは「溶液中に電子を放出して陽イオンになろうとする性質」のことをいいます.

たとえば,希塩酸\mathrm{H_2SO_4}に亜鉛Znをボチャンと浸けると,希塩酸中\mathrm{H_2SO_4}の水素イオン\mathrm{H^+}と反応して

\mathrm{Zn + 2H^{+} \to Zn^{2+} + H_2}

と亜鉛Znが陽イオン\mathrm{Zn^{2+}}となります.

このように,多くの金属は陽イオンになりますが,この陽イオンへのなりやすさのことを「イオン化傾向」というのです.

イオン化列

また,「イオン化傾向」には金属によって強さの差があり,金属を「イオン化傾向」の強さの順に並べたものを「イオン化列」といいます.

具体的には,「イオン化列」は次のようになっています.

K>Ca>Na>Mg>Al>Zn>Fe>Ni>Sn>Pb(>H)>Cu>Hg>Ag>Pt>Au

カリウムKが「最もイオン化傾向が強い」,つまり「最も陽イオンになりやすい」物質で,Auが「最もイオン化傾向が弱い」,つまり「最も陽イオンになりにくい」物質です.

もちろん,この他にも金属はありますが,高校化学ではこれだけでほとんど十分です.

よくある覚え方としては「借りよかな,まあアテにすんな,ひどすぎる借金」というものがありますが,これは

借り(K)よか(Ca)な(Na),ま(Mg)あ(Al)ア(Zn)テ(Fe)に(Ni)すん(Sn)な(Pb),ひ(H)ど(Cu)すぎ(Hg)る借(Pt)金(Au)

となっています.これは実際に自分で唱えて書けるようにしてください.

電池の仕組み

反応と電子の動き

前回の記事でボルタ電池を例に簡単に説明しましたが,今回もボルタ電池を例に説明します.

電池2

ボルタ電池は亜鉛Znと銅Cuをボチャッと希硫酸\mathrm{H_2SO_4}に浸けて,導線で亜鉛と銅を結んでやれば完成します.

図では導線の途中にオレンジ色の〇がありますが,これはたとえば豆電球だと思ってください.

銅Zn側では,銅Znが溶液中に銅イオン\mathrm{Zn^{2+}}として溶け出し,そのときに残された電子\mathrm{e^-}が導線を通って亜鉛Cu側へやって行きます.つまり,反応は

\mathrm{Zn \to Zn^{2+} + 2e^-}

となっています.

亜鉛Cu側では導線を通してやってきた電子\mathrm{e^-}が,溶液中の水素イオン\mathrm{H^+}とくっついて水素\mathrm{H_2}になっています.つまり,反応は

2\mathrm{H^{+} + 2e^{-} \to H_2}

となっています.このとき,銅Cuは全く変化していないということに注意してください.

ボルタ電池の反応が起こる理由

さて,ここで生きてくるのが,この記事の最初にやった「イオン化列」です.

銅Cuと亜鉛Znのイオン化列での順を見てみると,Zn>Cuとなっていますね.つまり,亜鉛Znの方が陽イオンになりやすいわけです.

ですから,ボルタ電池では亜鉛Znが陽イオンとなって溶液中へ溶け出しているのです.

そして,そこで残った電子\mathrm{e^-}が導線通って銅Cu側へやって行き,銅Cuの表面で水素イオン\mathrm{H^+}と反応して水素\mathrm{H_2}が発生します.

なお,「銅Cuと電子\mathrm{e^-}が反応することはないのか?」という疑問を持つかもしれませんが,反応しません.

というのは,銅Cuと電子\mathrm{e^-}が反応するということは銅が陰イオンになるということですが,基本的に金属は陰イオンにならないのです.

ですから,やってきた電子\mathrm{e^-}は水素イオン電子\mathrm{H^+}と反応するしかないわけです.

次の記事「電池と電気分解3 ―ボルタ電池,ダニエル電池―」に続きます.

【Sponsored Link】

SNSでもご購読できます。