電池とは?ダニエル電池の構成と反応

ダニエル電池の構成と反応

 

こちらのページでは
 
・ダニエル電池の構成
・ダニエル電池の反応

 

について解説しています(高校化学のカテゴリーとして分類しています)。

 

※高校化学のカテゴリーページはこちらです。

 

 ダニエル電池の構成

ダニエル電池はボルタ電池を改良したものと呼べ、以下のように構成されます。

 
正極に硫酸亜鉛溶液(ZnSO4)と銅(Cu)を使用、負極に硫酸銅溶液(CuSO4)と亜鉛(Zn)を使用し、
これらを隔膜(素焼き板)で隔離させます。
 
ボルタ電池では電解液が正負極とも濃硫酸で共通でしたが、ダニエル電池では異なります。

また、電解液が異なるため混ざらないよう素焼き板が必要で、素焼き板は反応で生じるイオンのみを通します。
 
ここで、正極、負極において、直接反応に関与するものを活物質と呼ぶことを覚えておきましょう。
 
 
 
下に構成時のイメージ図を示します。
 
ボルタ電池と異なり、正極活物質は銅イオンです。負極活物質は同じで亜鉛です。

 

 

また、上図を下記のよう簡易的に表記することもありますので、覚えておきましょう。

 

 

 

 

 ダニエル電池の反応

 



ダニエル電池では、正極と負極を導線などの導体(外部回路)で上図のようにつなぐことで反応が開始します。






イオン化傾向により、Znの方がCuより溶けやすいため、Znが溶出、Cuが析出する反応が起こります。
 
具体的な反応式は以下の通りです。
 
 

 

 

そして、ダニエル電池から取り出せる電圧(各電極の電位差のことで理論起電力と呼びます)は1.1V程度です。

 

現在の電池と比べると電解液を2種類使用したり、素焼き板を使用したりすることから実用には程遠いですが、数十年以上前から現在の電池と同じような原理が使用されていることは凄いことですよね。

 

 

※大学課程で学ぶ電気化学において起電力の算出方法を学びます。こちらで解説していますので、興味ある方は参考にしてみてください。

 

※高校化学ではイオン化傾向として特定の元素のみを羅列していますが、実際はすべての元素でこのイオンになりやすさが存在します。これは大学課程の電気化学で学べ、こちらで解説しています。 

 


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