ガルバニ電池

自発的な酸化還元反応により電気が発生し、電気機器に電力を供給することができます。しかし、それはどのように機能しますか?

銅と硝酸銀溶液との間の酸化還元反応を考えてみましょう。1つの容器に入れると、銅は酸化されて亜銅イオンになり、銀イオンは銀の沈殿物に還元されます。ここでは、電子の移動は直接的であり、電流は発生しません。

しかし、これらの半反応を物理的に分離し、外部回路で接続すると、電流が流れます。このセットアップは電気化学セルと呼ばれ、さらに自発的な酸化還元反応のためのガルバニックセルまたはボルタ電池として定義されます。

ガルバニ電池は、固体金属電極の半細胞反応混合物を対応する電解質溶液に含む2つの半電池で構成されています。ここでは、硝酸銅水溶液中の銅と硝酸銀水溶液中の銀です。

分離された反応物は細胞電位を経験するが、外部接続がなければ、反応や電子の流れは起こらない。外部に接続すると、電子は外部回路上を間接的に流れるように強制され、それぞれの電極で反応が起こるようになります。

慣例により、酸化は負の電荷を持つアノードで発生し、正の電荷を持つカソードで還元されます。

電子の移動が起こると、酸化ハーフセルにプラスイオンが形成され、還元ハーフセルにマイナスイオンが形成されます。これにより、正と負の電荷が蓄積し、さらなる電子の流れが妨げられるため、反応を進行させるためには継続的に中和する必要があります。

したがって、2つのハーフセルは、硝酸ナトリウムのような不活性電解質のペーストまたはゲルを含む逆U字管である塩橋によってリンクされています。酸化還元反応が進行すると、カウンターイオンがそれぞれのハーフセルに流れ込み、電解質が混ざることなく電荷中性が確保されます。

ガルバニックセルを説明するために、特別な表記法、またはセルの概略図が使用されます。

酸化は左側に、還元は右側で表されます。二重の垂直線は2つのハーフセルを接続するソルトブリッジを示し、1本の垂直線はコンポーネントフェーズ間の界面を示します。

同じフェーズに 2 つ以上のコンポーネントが存在する場合は、コンマで区切られます。