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【アニメgif】ダニエル電池の仕組みを図解

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令和3年からの新しい教科書では、中学3年生の化学分野で「ダニエル電池」を学習します。ということで、急きょアニメgifつきの図解ページを作成しました。まず、ダニエル電池を作る上で必要なものは以下の通りです。

  • 亜鉛と銅、2種類の金属板を用意
  • 亜鉛の極には硫酸亜鉛の水溶液を、の極には硫酸の水溶液を入れる
  • 2つの水溶液が混ざらないように、でもイオンの行き来はできるようにするため、素焼き板などで仕切りをする

素焼き板というのは、植物を植える鉢(プラスチックじゃなくて、陶器のもの)のような材質の板と考えればOKです。こうしてできた電池は、次のような電子の移動が起こります。

ダニエル電池の電子の動き

ダニエル電池で起こっていることを簡潔にまとめると

  • まず、亜鉛と銅では亜鉛の方がイオンになりやすい(イオン化傾向が大きい)ため、亜鉛が電子を2個手放して陽イオンZn2+となり、水溶液中に溶け出す(図の左側)
    • 化学式: Zn → Zn2+ + 2e-
  • 電子は導線を伝わって反対側、銅板の極の方へ移動する
    • 電流は電子の移動と逆方向と決まっている。電流はプラスからマイナスの向きだから、銅板(図の右)側が正極亜鉛版(図の左)は負極となる
  • 銅板側(図の右側)では、水溶液中の銅イオン(Cu2+)がやって来た電子2個を受け取り、銅のカタマリとなって銅板に付着する
    • 化学式: Cu2+ + 2e- → Cu
  • 負極(左側)では数の増えてきた亜鉛イオン(Zn2+)が板をすり抜け正極へ移り、銅板側では、銅イオンというパートナーを失った硫酸イオン(SO42-)が負極側へ移動する

起こっている化学反応について、もう一度図で確認してみましょう(下の画像は動きません)

ダニエル電池と化学式

電子が「e-」ですね。マイナスの電気を帯びています。反対に陽イオンは、プラスの記号なので何かが多いようなイメージに感じるかもしれませんが、そうではなくて電子を奪われたためにマイナス不足となり、電気的にプラスに傾いている状態になります。

上では、電子の動きと電流の向きは反対だと書きましたが、これは電子が発見される前の時代に「電流はプラスからマイナスに流れる」と勝手に決めてしまったので、今でもそのように取り扱っているということです。

(イオンの分野では、中和とイオンの個数についてのアニメgif図解も作っていますので合わせてご覧下さい。)

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