ガルバニックセル

電気化学反応とは、2つの物質間で電子が移動し、一方が電子を失い、もう一方が電子を獲得するプロセスです。物質が電子を失うとき、それは酸化を受けた、または酸化されたと言います。電子を獲得したとき、還元された、または還元されたと言います。この 2 つを区別するために、「oil rig」というフレーズを思い出してください。これは、酸化が負けている、還元が得ているという意味です。いくつかの電気化学反応は自発的に起こりますが、これはガルバニックセルで研究することができます。

ガルバニックセルには4つの主要な部分があります。まず、2つの金属電極があり、それぞれが異なる電解質溶液に浸されています。溶液は、各電極で発生する半反応(酸化反応または還元反応)に必要なイオンで構成されています。溶液はソルトブリッジで接続されているため、イオンの流れが可能になり、溶液の電荷中性が維持されます。電極は外部回路によって接続されており、反応中に電子が通過します。

アノードは、反応で電子を放棄するか、酸化される電極です。カソードは、電子を獲得して減少する電極です。これら 2 つのラベルを区別するために、還元がカソードで発生するため、「赤い猫」というフレーズを覚えておいてください。

では、どの金属がアノードとして機能し、どの金属がカソードとして機能するかをどのように知ることができるのでしょうか。金属の標準電極電位、つまり金属が電子を失う傾向の尺度を使用できます。電極電位が負であるほど、金属は電子を失う傾向が高くなります。電子は、標準電位の低い金属から標準電位の高い金属に常に流れます。

ガルバニックセルでは、電子はアノードからカソードに流れるため、アノードは標準電位の低い金属であり、カソードは標準電位が高い金属です。電子が2つの電極間を移動すると、電位が測定されます。生成される電圧の大きさは、カソードの標準電位からアノードの標準電位を差し引いたものに等しくなります。

したがって、たとえば鉛と錫のように、同様の標準電極電位を持つ2つの金属をガルバニックセルで使用すると、生成される電圧の大きさは低くなります。銀やマグネシウムのように、金属の標準電位が異なる場合、生成される電圧は高くなります。

このラボでは、2つの金属電極を使用してガルバニックセルを構築し、酸化反応と還元反応が発生したときに生成される電位を測定します。次に、既知の標準電位を使用して未知の金属電極を特定し、生成される電圧の大きさを決定します。