（再）ボルタの電池について

一度削除しましたので、もう一度質問します。専門の方、よろしくお願いします。
ボルタの電池で電極間の距離と流れる電流の関係が分かりませんか。導線の抵抗は無視するものとして、分からないのは電解質の方です。あるサイトを見ていたら、亜鉛電極から溶け出した亜鉛イオンが、そのままでは邪魔になるので、隣にある水素イオンを押して、それが次々とつながり、陰極側にまで伝わり、銅板側にある邪魔な硫酸イオンを動かし、電子の授受を容易にする、というようにわかりやすく書かれていました。このような作用は、電極間距離が長くなると出来なくなり、電子の移動がなくなり、亜鉛電極側で亜鉛イオン＋電子ではなく、水中の溶存酸素と化合して酸化亜鉛になるのではないかと思っているのですが、実験などしたわけでなく、まったく詳細が分かりません。どなたかこのようなことを調べた人はいないでしょうか。

No.3 ベストアンサー 回答者： c80s3xxx 回答日時： 2007/05/31 10:49

> 結局、電気的バランスのくずれを修正するために陽イオン、陰イオンの全体バランスをとるようなイオン移動がおきるということでしょうか。

そういうことです．


> この電解質を仕切って銅、亜鉛電極を分離し、

溶液同士を完全に仕切ってしまったら，電流が流れません．したがって電池になりません．
ダニエル電池のような場合は，一見液同士は混ざらないようでも，イオンは移動できるような隔壁を使っているので，電気的なバランスは保たれるというか，まあ実はゆっくりとなら混ざっているのです．イオン交換膜のようなものを使う手もありますが，これは陽イオンか陰イオンのどちらかを選択的に通すというだけで(電荷バランスを取るために荷電粒子が動き，それによって電荷が運ばれるのだから，何が動くかは重要ではない)

> 溶け出した亜鉛イオンが滞留しないように、それぞれの電極側の電解質溶液を古いものを捨てて新しい電解質溶液を次々と補充していく

陽イオンだけ，あるいは陰イオンだけの溶液はつくれないので，電荷バランスについていえば，バランスの取れているものをバランスの取れているものに置き換えていくだけの作業ですが．つねに反応開始の初期状態が維持されるというだけのことです．

この回答へのお礼

ありがとうございました。おかげさまで理解できました。

お礼日時：2007/06/01 03:34

No.2 回答者： c80s3xxx 回答日時： 2007/05/30 23:11

> 亜鉛電極から溶け出した亜鉛イオンが、そのままでは邪魔になるので、隣にある水素イオンを押して、それが次々とつながり、陰極側にまで伝わり、銅板側にある邪魔な硫酸イオンを動かし、電子の授受を容易にする、

この説明は，完全にでたらめです．

電解質溶液の中の電荷移動は，何のイオンが動いてもいいのです．要するに電気的な正負のバランスが崩れなければいいだけなので．
亜鉛電極側から見ると，
亜鉛イオンが溶け出す(外部回路に電子が出て行く)
→電極近傍の陽イオン濃度が上がり電気的バランスが崩れる
→それによって発生した電界によって，近傍の陽イオン(なんであっても可)がバルク側に動くか，近傍の陰イオン(何であっても可)がバルク側から電極側に動くか，その両方がおこる
→この連鎖で電解質溶液の中を正味の電荷が輸送されていく
という感じです．銅側も同様です．
したがって，亜鉛電極の近傍には亜鉛イオンが蓄積してきます．これはバルクとの濃度差に対して拡散で移動していきますが，この現象は亜鉛イオンがランダムに動いている結果であって，溶液内での電場による電気泳動ではないことに注意する必要があります．
電極間距離が長くなるということは，上記のようなイオン移動がおこるのに要する時間がかかるということで，つまり電気抵抗が高い状態になります．したがって，この電池内部の抵抗が足を引っ張って電流が流れにくくなったり起電力が低下するのです．電流とは単位時間内に移動する電気量の意味であることを理解する必要があります．また複数のプロセスが直列的に効くときに全体の速度がどのようになるかということの理解も必要でしょう．

この回答への補足

詳しく教えていただきありがとうございます。結局、電気的バランスのくずれを修正するために陽イオン、陰イオンの全体バランスをとるようなイオン移動がおきるということでしょうか。
ところで、仮定の話ですが、この電解質を仕切って銅、亜鉛電極を分離し、溶け出した亜鉛イオンが滞留しないように、それぞれの電極側の電解質溶液を古いものを捨てて新しい電解質溶液を次々と補充していくようなことをするとした場合、亜鉛は溶け続けると思うのですが、この時の電気的なバランス、特に電子の流れはどう考えれば良いのでしょうか。

補足日時：2007/05/31 09:27

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2007/05/30 20:30

イオンは拡散で移動します。

他のイオンで押されることはありません。また溶液中の溶存酸素は無くても同じ事が起きますから酸化亜鉛が出来るのが本当だとしたら酸素は水から来ています。
両極間距離が大きいと起電力が小さくなるのは単に拡散速度が極度に落ちるためとして説明できます。

この回答への補足

すみません。酸化亜鉛ができるのかどうかわかりません。そのように思っただけです。ところで拡散と考えると、水中ではごく近傍の現象になり、たとえば１ｍ以上も離れたらもう電気は流れないように思うのですが、違うのでしょうか。

補足日時：2007/05/30 20:58