理科の電気分解について質問です

中３です。

最近の理科の実験で、
電気分解をやっています。
やっているうちにいろいろな疑問がわいたので、
ご回答お願いします。

（１）なぜ水溶液に電圧をかけると物質が発生するのか。

根本的な質問ですが、
塩化銅水溶液から銅が発生しているところを見て
とても不思議に思いました。


（２）なぜ、陽極と陰極で出る物質が違うのか。

塩素は陽極、銅は陰極と実験するうちに気づいたのですが、
なぜ（たぶんだけど）物質で発生する極が決まっているのでしょうか。
また同時に発生するときはどういう感じに発生するのかわかりません。

以上の２つが疑問なので、
ご回答よろしくお願いします。

No.5 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/19 20:09

No.2です。

一応、概要だけ書いておきます。
詳しくは学校で習ってください。

まず、Cu(2+)の2は何か？
>前にも書きましたが、
普通のCu原子の電子数は29個
Cu(2+)の電子数は27個

普通のCl原子の電子数は17個
Cl-の電子数は18個

何か気付きませんか？
つまり、+や-の前についている数字(1は省略します)は失った(もらった)電子の個数を表しています。

次に、Cu(2+)とCl-が何故くっつかないか？
>Cu(2+)とCl-は確かにイオンになっており、原子としては少し気持ち悪い状態になっています。

しかし、水溶液中では、Cu(2+)とCl-は、お互いにくっついた状態のままではなく、離れたいと思っています。
「離れたい」という二人(？)の気持ちが、「イオンは気持ち悪いからなるべく解消したい」という気持ちに勝つので、Cu(2+)とCl-は水溶液中ではほとんどくっつきません。

擬人化して、だいぶかみ砕いて説明しましたが、このように固体だと仕方なくくっついているけど、水溶液になると喜んでイオンになってバラバラになる(=電離する)ような物質を「電解質」(←代表格は、食塩:NaCl)といいます。
電解質という言葉は、ポカリスエットのCM等で聞いたことがありませんか？

この回答へのお礼

ありがとうございました^^

お礼日時：2013/01/06 15:10

No.4 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/19 18:25

No.3です。

電流というのは、学問では実在するものとして扱って構いませんが、実際には存在しないもの、言い換えれば概念、科学者の頭の中で作られた架空の存在です。

架空の存在を勝手に定義する際、言ってしまえば、「どのように定義してしまっても正し」くなります。
実際には存在しないものなのですから、例えばBTB溶液は、酸性では黄色、中性では緑色、アルカリ性では青色に変色する、等の誰の目にも明らかなものではありません。
よって、「最初に言った者勝ち」なのです。

「電圧の高い方をプラス、低い方をマイナスとし、プラスからマイナスに向かって電流が流れるものとする」
↑電流の向きの決め方はこれです。
つまり、電流の流れる向きの基準は電圧(←電圧は概念ではなく実在するもの)です。

そして、後に電子は「電圧の低い方から高い方に向かって流れる」と分かってしまいました。
しかし、既に定着していた電流の定義を変えると混乱が起きるので、「電子と電流は逆向きに流れるものだ」と勝手に決めてしまったのです。

このような変なことになったのは、電子も電流も全く関係しない「電圧」という第三者を基準に持ってきてしまったからだ、と思っていただいたらいいかと思います。

ここまで書いたら良かったですね。すみませんm(__)m

この回答へのお礼

ありがとうございました^^

お礼日時：2013/01/06 15:10

No.3 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/18 01:01

No.2です。

文字数が足らなかったので補足します。

まず、電流はプラスからマイナスなのに電子はマイナスからプラスである理由ですが、歴史が関係しています。
まだ電流の正体が分かっていない内に、まず電流の流れる向きはプラスからマイナスだと定義してしまいました。
その後しばらくして、電流の正体は電子だと分かりました。
電子の流れ方を調べていると、どう考えてもマイナスからプラスに向かって流れていたのですが、定義が変更されることもなく、電流の流れる向きと電子の流れる向きが逆という、おかしなことになっています。

また、今回の電気分解では銅と塩素が出てきましたが、それはたまたま塩化銅水溶液を使ったからです。
例えば、水を電気分解すると水素が陰極、酸素が陽極から出て来ます。
つまり、高校になったら詳しくやりますが、何を電気分解するか、また電極に使う金属によっても発生する物質が異なることがあります。

長文、失礼しましたm(__)m
分かりにくかったらすみませんm(__)m

この回答へのお礼

私は、
「電流の正体は電子の流れである」
と習い、その歴史の話を実はすでに聞きました。

しかし、その当時も今もまったくわからないので聞きます。

なぜ、「電流の正体は電子の流れ」なのに、
電流と電子の流れる向きは違うんですか。
というか、どうして向きをかえれたんですか。
電流＝電子の流れ　なのに。
そこがまったくわかりません。
だから電気のところは理解できないんです・・・。

お礼日時：2012/10/19 17:35

No.2 回答者： aries_1 回答日時： 2012/10/18 00:51

No.1の方も回答しておられますが、電流の正体は電子の流れです。

電子がマイナス極からプラス極の方に流れると、電流はプラス極からマイナス極に向けて流れます。

～予備知識～
電子はマイナスに帯電しており、原子核にある陽子と呼ばれる粒はプラスに帯電しています。

さて、本題に入りますが、塩化銅(CuCl2)は、水溶液中では分離してイオンという状態になっています(マイナスイオンや銀イオンは日常生活でよく見かけますね)。
CuCl2はイオンの状態では、Cu(2+)、Cl-(←本当は2+や-は原子記号の右肩の所についています)と分離しています。

唐突ですが、原子核の周りを電子がぐるぐる回っているのはご存知ですか？
原子毎に電子の数は決まっており、銅(Cu)は29個、塩素(Cl)は17個です。
イオンになっている原子は、この原子核の周りを回る電子の数が何らかの影響でおかしくなっており、Cu(2+)は27個、Cl-は18個の電子を持っています。

このおかしな電子の個数は、原子核から強制的に電子を奪ったり、逆に与えたりすると正常な状態(単体)に戻すことが出来ます。
Cu(2+)は電子が27個なので、正常(電子29個)に戻すには2個の電子を与えれば良いです。…*
またCl-は電子が18個なので、正常(電子17個)に戻すには1個の電子を奪えば良いです。…**

ここで、電気の出番です。
先程も書きましたが、電流の正体は電子の流れですので、電圧をかける(=電流を流す)と強制的に電子の流れを作ることができます。

電子は、マイナスからプラスに流れるのでしたね？
ということは、電圧をかけると、マイナス極(陽極)側にある電子が強制的にプラス極(陰極)側に持って行かれる、言い換えると、陽極の金属板(A)から電子を奪い、陰極の金属板(B)に電子を与えることになります。

Aから電子が奪われ、Bに電子が運ばれると、Bは電子が過剰になり、マイナスに帯電します。
一方、電子を奪われたAは、陽子が電子に打ち勝ち、プラスに帯電します。
言い忘れましたが、Cu(2+)はプラスに、Cl-はマイナスに帯電しており、マイナスとプラスは引き合います。
よって、Cu(2+)はBに、Cl-はAに引き寄せられます。

イオンは原子にとっては気持ち悪い状態なので、それを解消しようとします。
都合のいいことに、Aは電子が不足しているのでCl-は電子を与えることができます。(←**)
また、Bは電子が余っているのでCu(2+)が受け取ることができます。(←*)
よってCl、Cu共に単体に戻り、Cuは陰極側、Clは陽極側で発生したという訳です。

高校の範囲も入っているので、難しかったらすみませんm(__)m

この回答への補足

ご回答ありがとうございます。
ちょうど今日（１０/１９）、
イオンの意味を習って、
途中までの文までは分かりました。

分からなかったところというのは、
まずCu（２＋）の「２」は何かっていうこと、
マイナスとプラスが結びつくなら、
なぜ陽イオン？と陰イオン？がくっつかないかということ、
電子が過剰になるとなぜマイナスに帯電するか、などです。

これらが分からないのは私の基本的な知識の不足が原因なので、
イオンのところが終わって、
書いてくださった文を再度読めば理解できると思います。

よって、
２週間後また読んで、
わからないことがあれば
また質問させていただこうと思います。

貴重な時間を割いていただきありがとうございました。

補足日時：2012/10/19 17:19

この回答へのお礼

ありがとうございまいした^^

お礼日時：2013/01/06 15:09

No.1 回答者： Ichitsubo 回答日時： 2012/10/17 22:16

まず、電気に関して理解が必要です。

電流の正体は電子の流れ、厳密には電子の流れの逆向きが電流です。
電子は電池の負極(－極)から正極(＋極)へと流れます。

陽極は電池の正極につないでいますから、陽極から正極へと電子が流れ出ようとします。
陰極は電池の負極につないでいますから、負極から陰極へと電子が流れ込もうとします。
これが電気分解を起こす原動力となっています。

可能ならば(十分な電圧があれば)、
陽極では何者かが陽極に電子を与え、その何者か自身は電子を失う反応が起きます。
陰極では何者かが陰極から電子をもらう反応が起きます。
これが電気分解です。
電気分解が起こることで電流が流れることができるのです。

先に(2)についてですが、
上述したように陽極と陰極ではその電気の環境が真逆ですから、異なる反応が起きます。
そして(1)についてですが、なぜ物質が生成するかというのは答えがありません。
実験しての事実から、その実験を説明するような理論を構築していくわけです。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございました。
申し訳ないですが、
まったくわかりませんでした。

う～ん、まず電気がいまいちわかっていません。
ほんとに、電気のところはちんぷんかんぷんです。
まず電気を復習しようと思いました。
すみませんでした。
ありがとうございました。

お礼日時：2012/10/19 17:24