電気精錬での陽極と陰極の反応:イオン化傾向と金属の溶解順序

化学

電気精錬における反応では、陽極に粗銅、陰極に純銅を使用した場合、どの金属が溶けるかがイオン化傾向に基づいて決まります。具体的には、なぜCu(銅)とNi(ニッケル)だけが溶け、Ag(銀)が溶けないのかを理解するために、イオン化傾向の役割を考えていきましょう。

電気精錬の基本的な仕組み

電気精錬は、金属を電解質溶液から電気分解することによって純度の高い金属を得る方法です。陽極に粗銅を、陰極に純銅を設置すると、陽極で銅が溶け出し、陰極では純銅が析出します。この反応は、電解質中の金属イオンの電気化学的な性質に基づいて行われます。

イオン化傾向が高い金属ほど、電解質中で溶解しやすくなります。すなわち、金属のイオン化傾向が高ければ、電解質中でその金属が溶けやすくなるという特徴があります。

イオン化傾向と金属の溶解

イオン化傾向とは、金属が電子を放出してイオン化する傾向を示したもので、イオン化傾向が高いほど、その金属は電子を放出しやすく、電解質中で溶けやすくなります。具体的には、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、銀(Ag)の順にイオン化傾向が高くなります。

このため、電気精錬では、陽極に銅が置かれていると、銅が最も容易に溶け出し、NiやAgは溶けにくくなります。Niは少し溶けることがありますが、銀はそのイオン化傾向が低いため、ほとんど溶けることはありません。

なぜ銀は溶けないのか?

銀(Ag)はイオン化傾向が低いため、電気精錬で溶解することはほとんどありません。反応においては、イオン化傾向が高い金属(この場合はCuやNi)が最も溶けやすく、Agのようなイオン化傾向の低い金属は溶解しません。

したがって、電気精錬で陽極に粗銅、陰極に純銅を使用している場合、CuやNiが主に溶けることになります。銀はそのまま残るか、ほとんど影響を受けないことが多いです。

金属のイオン化傾向に基づく分解の順序

金属が溶ける順序は、イオン化傾向の大小に基づいて決まります。イオン化傾向が高い金属ほど、陽極で溶けやすく、陰極に純度の高い金属が析出します。電気精錬では、この性質を利用して金属の精製が行われます。

一般的に、金属のイオン化傾向は次の順番で高くなります:Li > K > Ba > Ca > Na > Mg > Al > Zn > Fe > Ni > Sn > Pb > H > Cu > Ag > Au となり、最も溶けやすいのはリチウム(Li)、最も溶けにくいのは金(Au)です。

まとめ

電気精錬において、金属が溶けるかどうかはそのイオン化傾向に依存します。陽極に置かれた金属は、そのイオン化傾向が高いほど溶けやすく、反応の進行に合わせて金属の溶解が決まります。質問のように、CuやNiは溶けやすい一方で、Agのような金属は溶けにくいため、イオン化傾向が関与していることがわかります。

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