１．ダニエル電池
ダニエル電池の構造
ダニエル電池で用いる電極は亜鉛板と銅板です。
電解質水溶液としては硫酸亜鉛水溶液と硫酸銅水溶液の2種類を、素焼き板（セロハンの場合もあります）で仕切りながら使われています。↓
硫酸亜鉛と硫酸銅は次のように電離します。
ZnSO4 → Zn²⁺ + SO₄²⁻
CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻
よって・・・
容器の左側には亜鉛イオンZn²⁺と硫酸イオンSO₄²⁻が、
容器の右側には銅イオンCu²⁺と硫酸イオンSO₄²⁻が存在します。↓
ダニエル電池のしくみ
①イオン化傾向
亜鉛と銅では、亜鉛の方がイオン化傾向が大きいです。
つまり
亜鉛・・・（陽）イオンになりたい
銅・・・・（陽）イオンになりたくない
という違いが生じます。
②亜鉛版での変化
イオン化傾向の大きな亜鉛がイオンとなります。
具体的には
亜鉛原子Znが、電子を失って亜鉛イオンZn²⁺になる
という変化が起こります。↓
式で書くと Zn → Zn²⁺ ＋ 2e⁻
※「e⁻」は電子のこと
見た目では、亜鉛版はどんどん溶け出し、質量が減少します。
③銅版での変化
亜鉛原子が手放した電子は、導線を通って銅板にたどり着きます。
放っておくと銅板にはどんどん電子がたまります。
この電子を受け取るのが、液中の銅イオンCu²⁺です。
銅はイオン化傾向が小さい金属です。
つまり原子にもどりたいということです。
具体的には
銅イオンCu²⁺が、電子を得て銅原子Cuとなる
という変化が起こります。↓
式で書くと Cu²⁺ ＋ 2e⁻ → Cu
見た目では、銅が析出し、銅板の質量が増加します。
素焼き板の役割
①左側（硫酸亜鉛水溶液）の濃度の変化
左側では、亜鉛イオンがどんどん生じます。
↓
最初と比べて亜鉛イオンの濃度が高くなります。
↓
左側は、全体として＋にかたよることになります。
（＋の電気の方が多くなる）
①右側（硫酸銅水溶液）の濃度の変化
右側では、銅イオンがどんどんなくなります。（銅原子へと変化する）
↓
最初と比べて銅イオンの濃度が低くなります。
↓
右側は、全体として－にかたよることになります。
（－の電気の方が多くなる）
③素焼き板による調整
電子は－の電気を持つので、＋と引き合い、－としりぞけ合います。
そのため電子が左側から右側に移動がしづらくなり、徐々に電池の電圧（起電力）が低下します。
素焼き板はこれを防ぐための役割を持ちます。
素焼き板にはイオンが通過できるほどの小さな穴が開いています。
左側は＋にかたよっているので、右側から硫酸イオンSO₄²⁻が移動してきます。
右側は－にかたよっているので、左側から亜鉛イオンZn²⁺が移動してきます。↓
こうなることで左右ともに電気的に中性の状態が保たれます。
つまり起電力の低下を防ぐことができるのです。
ダニエル電池の注意点
①硫酸亜鉛水溶液の濃度は低くしておく
反応が進むと亜鉛イオンが液中に溶けだします。
そのため、できるだけ亜鉛イオンの居場所をつくるために、硫酸亜鉛水溶液の濃度を低くしておきます。
（亜鉛イオンを溶け出しやすくする）
そうすると電池が長持ちします。
②硫酸銅水溶液の濃度は高くしておく
反応が進むと液中の銅イオンが減少していきます。（銅原子に変わる）
そのため、はじめの銅イオンが少ないとすぐに反応が終わってしまいます。
できるだけ銅イオンがたくさんある状態にするために、硫酸銅水溶液の濃度を高くしておきます。
（銅原子を析出しやすくする）
そうすると電池が長持ちします。
「ダニエル電池」
■亜鉛版では・・・
→亜鉛原子が電子を失って亜鉛イオンとなる。
■銅板では・・・
→銅イオンが電子を得て銅原子となる。
次回は「アンモニアの利用」です！
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