ボルタセル
ボルタセルは、二つの半セルで自発的な酸化還元反応によって放出されたエネル
学習目標
還元は陰極で起こり、酸化は電圧セルの陽極で起こることを思い出してください
キー持ち帰り
キーポイント
- 酸化は、分子、原子、またはイオンによる電子の損失を記述します。
- 還元は、分子、原子、またはイオンによる電子の利得を記述する。
- 電子は常に陽極から陰極に流れます。
- 半細胞は、溶液中のイオンが一方の半細胞から他方の半細胞に移動することを可能にする塩橋によって接続され、反応を継続することができる。
主要な用語
- 酸化還元：1つの反応が酸化であり、その逆が還元である可逆的な化学反応。
- ハーフセル：電極と電解質を含む電気化学セルの2つの部分のいずれか。
- ボルタセル: このような不可逆的な化学反応が電気を生成する電池のようなセル、;再充電することはできませんセル。電気化学セルは、自発的な酸化還元反応によって放出されたエネルギーから電流を生成するデバイスです。
電気化学セルは、自発的な酸化還元反応によって放出されたエネルギーから電流を生成するデバイスです。 この種のセルには、Luigi GalvaniとAlessandro Voltaにちなんで命名されたガルバニック、またはvoltaicセルが含まれています。 これらの科学者は、18世紀後半に化学反応と電流に関するいくつかの実験を行った。電気化学セルには、陽極と陰極と呼ばれる2つの導電性電極があります。
陽極は酸化が起こる電極として定義されます。 陰極は還元が起こる電極である。 電極は、金属、半導体、グラファイト、さらには導電性ポリマーなどの任意の十分に導電性材料から作製することができる。 これらの電極の間には電解質があり、自由に動くことができるイオンが含まれています。
ボルタセルは、電解質溶液中にそれぞれ二つの異なる金属電極を使用します。 陽極は酸化を受け、陰極は還元を受ける。 陽極の金属は酸化され、0の酸化状態（固体形態）から正の酸化状態になり、イオンになります。 陰極では、溶液中の金属イオンは陰極からの一つ以上の電子を受け入れ、イオンの酸化状態は0に減少する。 これは、陰極上に堆積する固体金属を形成する。 二つの電極は、陽極の金属を残し、陰極の表面にイオンにこの接続を介して流れる電子の流れを可能にする、互いに電気的に接続されなければなりま この電子の流れは、モーターを回転させたり、光に電力を供給したりするなど、仕事をするために使用できる電流です。
例反応
ボルタセルの動作原理は、酸化還元反応と呼ばれる同時酸化還元反応である。 この酸化還元反応は二つの半反応からなる。 典型的なボルタセルでは、酸化還元対は銅と亜鉛であり、以下のハーフセル反応で表される：
亜鉛電極（陽極）：Zn（s）→Zn2+（aq）+2e-
銅電極（陰極）: Cu2+(aq)+2e–→Cu(s)
セルは別々のビーカーで構築されています。 金属電極は電解質溶液中に浸漬される。 それぞれの半細胞は、2つの細胞間のイオン種の自由な輸送を可能にする塩橋によって接続されている。 回路が完了すると、電流が流れ、セルは電気エネルギーを「生成」します。
ガルバニック、またはvoltaic、セル：セルは、塩橋または透過性膜を介して接続された二つの半セルで構成されています。 電極は電解質溶液に浸漬され、電気負荷を介して接続される。
銅は亜鉛を容易に酸化し、陽極は亜鉛であり、陰極は銅である。 溶液中のアニオンは、それぞれの金属の硫酸塩である。 導電性デバイスが電極を接続すると、電気化学反応は次のようになります。
Zn+Cu2+→Zn2++Cu