ダニエル電池では、何故に負極では硫酸亜鉛水溶液を使い、正極では硫酸銅水溶液を使うのですか？

ダニエル電池では、何故に負極では硫酸亜鉛水溶液を使い、正極では硫酸銅水溶液を使うのですか？

No.1 回答者： windwald 回答日時： 2017/03/02 20:24

正しい理解をしてください。

負極は硫酸亜鉛水溶液ではなく、亜鉛です。
正極は硫酸銅水溶液ではなく、銅です。
そして、負極に亜鉛、負極の電解液として硫酸亜鉛水溶液、
正極に銅、正極の電解液として硫酸銅(II)水溶液をつかった電池のことをダニエル電池と呼びます。
なぜそれを使うのかと聞かれてもね。

この電池の起電力のもととなるのは酸化還元反応です。
今回は、亜鉛と硫酸銅(II)水溶液中の銅(II)イオンによる酸化還元反応です。
　Cu^2+ ＋ Zn → Cu ＋ Zn^2+
亜鉛を硫酸銅(II)水溶液中に放り込むと、この反応が起こり、亜鉛は酸化されて次第に溶けていき、
銅(II)イオンは還元され銅として析出してきます(銅樹)。
それぞれの反応は
　Zn → Zn^2+ ＋2e^-
　Cu^2+ ＋ 2e^- → Cu
と表されます。亜鉛原子から銅(II)イオンへと電子が渡される反応です。

この反応を応用したものがダニエル電池です。亜鉛と銅を導線で繋げば、
亜鉛が亜鉛イオンになるときに放出される電子が電線をつたい、硫酸銅(II)水溶液中の銅(II)イオンが受け取ることができます。
(厳密には亜鉛板、導線、銅板にひしめいている自由電子が玉突き的に移動している)
ですから、導線を切ってしまえば反応はそれ以上起こりません。

ということで、このタイプの電池を作るには、亜鉛と銅(II)イオンさえあればよく、硫酸亜鉛水溶液、銅板は必要ないように思えます。
まず、銅板についてですが、こちらは正直なところイオン化傾向の小さな金属であれば何でも構いません。
ですが、その金属表面には銅が析出するのですから、銅板を使っておけば反応後も質量が大きくなるだけで銅板は銅板のままで都合がよいですね。
硫酸亜鉛水溶液についてですが、これを純水にしてしまうと、反応前に負極側の溶液にイオンが存在しておらず、
反応によって出てくるZn^2+を電気的に受け止めることができません。そこで電解質を溶かしておきます。
どうせZn^2+が溶け出てくるのですから、最初からZn^2+を含む水溶液なら都合が良いですね。
それで負極の電解液には硫酸亜鉛水溶液を用います。

また、陽極側、陰極側とも、電解液の陰イオンは硫酸イオンでなくてはならない理由はありません。硝酸イオンでも構わないのです。
ですが、ダニエルがダニエル電池を発明したときに知られていたのはボルタ電池。希硫酸を使った電池でした。
技術は、基本的に既にある技術への改変によって向上します。
ですから、ダニエルはボルタ電池から硫酸塩を使う発想を得たと考えるのが自然でしょう。