ダニエル電池の負極に関する疑問 – 亜鉛と銅の電子の受け取り方

ダニエル電池について、負極の亜鉛板に含まれる硫酸亜鉛水溶液が電流を生み出す仕組みについて理解することは、電気化学の基本を学ぶ上で重要です。この問いでは、硫酸亜鉛水溶液がなぜ電子を受け取ることができるのか、そして硫酸銅水溶液ではなぜ電流が流れないのかについて解説します。

ダニエル電池の仕組み

ダニエル電池は、化学反応を利用して電流を発生させる電池です。電池内には、亜鉛と銅という異なる金属を用いた二つの電極が使われ、それぞれ硫酸亜鉛と硫酸銅水溶液に浸されています。亜鉛板は負極、銅板は正極として機能します。

亜鉛板が置かれた負極では、亜鉛原子が電子を放出して亜鉛イオン（Zn²⁺）に変化します。これにより、亜鉛板から電子が流れ出し、外部回路を通じて正極の銅板へと移動します。この過程が電流の流れを生み出しています。

なぜ硫酸亜鉛水溶液に亜鉛は電子を受け取らないのか？

質問の中で触れられたように、亜鉛は硫酸亜鉛水溶液に溶ける際、亜鉛原子が電子を放出する一方、銅板が置かれた硫酸銅水溶液では銅イオンが電子を受け取ります。ここで重要なのは、亜鉛と銅の反応性の違いです。

亜鉛は反応性が高いため、外部回路を通じて電子を放出しやすい性質があります。一方で、銅は比較的安定しており、電子を受け取りやすいが、亜鉛のように簡単に放出することはありません。したがって、負極における亜鉛の反応は「電子を放出する」反応であり、硫酸亜鉛水溶液に亜鉛が含まれているからといって、その亜鉛が電子を受け取ることはないのです。

硫酸銅水溶液で銅イオンが電子を受け取る理由

硫酸銅水溶液では、銅イオン（Cu²⁺）が電子を受け取ることによって、銅板表面に金属銅が析出します。この反応は、銅が比較的安定した金属であり、電子を受け取る性質があるためです。銅イオンが電子を受け取ることにより、銅金属が形成され、電流が流れる仕組みとなります。

まとめ

ダニエル電池の仕組みでは、負極の亜鉛が電子を放出し、正極である銅が電子を受け取ることで電流が流れます。亜鉛が電子を受け取らないのは、その反応性が高いためで、銅とは反応性が異なります。電流の流れを理解するためには、金属の反応性の違いや、電池内で起こる化学反応に注目することが重要です。