化学電池について

質問

中学三年生です。
化学電池についての疑問がわきました。

教科書には、
　電解質の水溶液に、異なる種類の金属板を２枚入れると、電気が発生してプロペラが回る。
とあり、例として塩酸に亜鉛板と銅板を入れているのですが、
電解質の水溶液なら、何でもOKなんですか？

でも、例えば、水酸化ナトリウム水溶液に亜鉛板と銅板を入れても、
ナトリウムのほうが亜鉛よりイオン化傾向が大きいから、
電流は、発生しないのではないでしょうか？
よろしくお願いします。

回答No.2

htms42

＃１です。
ミスがありました。

＞亜鉛と塩酸を食塩水の中に入れてもなにも反応は起こりません。

亜鉛板と「銅板」を食塩水の中に入れる　の間違いです。

ついでにもうひとつ

＞銅板は溶けないのですから銅板の上での反応で水素に渡された電子は亜鉛がイオンになったことで生じたものです。効率はあまり良くないですが亜鉛板から銅板の方に導線の中を電子が移動しています。

と書いたのですが
亜鉛から出た電子が銅板の方に移動して初めて水素に渡されるという意味ではありません。亜鉛板も導線も銅板も全部金属です。金属の中には自由に動くことのできる電子が沢山ありますからどの電子を使ってもいいのです。亜鉛から出た電子が銅板まで移動してくるのを待っている必要はありません。ところてん式に電子が渡されたと考えるといいでしょう。

回答No.1

htms42

化学電池の原理を理解するためには酸化・還元反応の理解が必要です。
中学校では電池と酸化・還元反応とを結びつけて習っていますか。
酸化・還元反応と切り離して電池を理解しようと思っても無理なんですがＴＶなどのデモでは盛んに行われています。面白いというだけの化学マジックになってしまいます。

電池で電流が流れた時には必ず酸化・還元反応が起こっています。
私は授業では電池を次のように定義しています。
「電池＝酸化・還元反応に伴って生じる電子の移動を外部回路に取り出して利用する装置」

「異なる種類の金属」というのは電池のできる条件ではありません。
電極に金属を使う時の金属の働きは２つあります。
金属は電気伝導性がいいですから伝導体として利用します。電線の役割です。極板はそこだけ面積が大きくなった電線です。極板の上で反応が起こるので面積が大きくないと取り出せる電流が少なくなってしまいます。その意味では同じ金属を使ってもいいのです。前の質問に出てきた燃料電池では両極とも炭素棒だとして説明しました。電池になります。金属のもう一つの役割は金属自体が反応物質になる場合があるという事です。イオン化傾向が関係するのはこの場合です。
亜鉛と銅板を希塩酸に入れた場合を考えます。亜鉛は塩酸と反応して水素を出します。この反応は酸化・還元反応です。銅板は希塩酸とは反応しません。
亜鉛板と銅板を導線でつないでモーターを取り付けます。２枚の金属を希塩酸の中に入れたとします。亜鉛が塩酸に溶け始めます。亜鉛の表面からは水素の泡が出ます。ところが導線でつながった銅板でも泡が出始めるのです。金属内部では電子は自由に移動できると考えるといいでしょう。銅板は溶けないのですから銅板の上での反応で水素に渡された電子は亜鉛がイオンになったことで生じたものです。効率はあまり良くないですが亜鉛板から銅板の方に導線の中を電子が移動しています。亜鉛板の近くに塩酸があるとどうしても亜鉛板の表面で水素が発生します。銅板の方に回る電子の数が少なくなります。ビーカーにフィルターで仕切りを入れます。亜鉛板の方には食塩水、銅板の方には希塩酸とします。亜鉛板と希塩酸の直接反応が起こりにくくなりましたので亜鉛は溶けるだけ、水素の発生は銅板の上で起こるという電池が出来上がります。かなり効率が良くなります。食塩水がなければ電流は流れません。水だけではだめです。食塩水は反応には関係しませんが電流が流れ続けるためには必要なのです。亜鉛が溶けて生じた亜鉛のイオンが亜鉛板のすぐ近くに溜まってしまうとだめなのです。正の電気を持ったイオンがずらっと並んでしまえばそれ以上イオンを作ることができなくなります。正負のイオンが沢山混ざって存在している溶液の中に亜鉛の正のイオンを紛れ込ませてしまって電気的な反発が生じるのを防いでいます。
銅板は面積の広い電線の役割です。電子の受け渡しの場になっているだけです。

水酸化ナトリウムと亜鉛板、銅板であれば希塩酸の場合よりも弱いと思いますが電池は出来るでしょう。
亜鉛は水素を発生して水酸化ナトリウムに溶けて行きます。
亜鉛、アルミニウムなどは塩酸や硫酸に水素を出して溶けますが水酸化ナトリウムにも溶けます。金属としてはちょっと変わった性質を持ったグループの元素です。両性元素といいます。、

亜鉛と塩酸を食塩水の中に入れてもなにも反応は起こりません。導線でつけてモーターをつないでも回らないでしょう。もしこの組み合わせの電池ができたとしたら、ここで考えた以外の仕組みが働いていることになります。銅板がさびていれば銅ではない別の物質が存在しているという事ですから考える内容も変わってきます。

ボルタの時代には銅板と表面がさびた銅板との区別はされていませんでした。どちらも銅板と呼んでいます。
ボルタ電池には電解質が希硫酸のものと食塩水のものとがあります。どちらでも電流が流れます。表面の錆のことを考えに入れていないからです。