Frank
こんにちは＜Frank＞です。
この単元を学習して疑問に思ったのが「なぜ電流の流れを正極から
負極へとしているのか？」ということです。実際は電子が移動する
負極から正極への流れが電流ですよね。
ネットで調べたところ、下記のような回答を得ました。
《電流の方向が「正極から負極」になっている理由は、歴史的な経
緯に基づきます。電気の研究が始まった当初、電流は正の電荷が移
動する方向に流れていると仮定されていました。しかし、その後、
実際に電流を運ぶのは負の電荷を持つ電子であり、電子は負極から
正極へ移動することが判明しました。それにもかかわらず、伝統的
な電流の定義（正極から負極へ流れる）はそのまま残されており、
今でも教科書や回路図で使われています。この伝統的な電流の方向
を「慣習的電流」と呼びます》
文系の私にはどうも納得がいかないですね。科学で判明したことは
その都度改めるべきだと思いますが。「慣習的電流」なんていい加
減な気がします。みなさんはどう思いますか？
すっきりしませんが、取り敢えず今日の学習を進めましょう。
１．電池の原理
電池は、化学エネルギーを電気エネルギーに変換する装置です。電
池では、酸化還元反応が起こり、酸化と還元の反応によって自由電
子が生じます。この自由電子が外部回路を通って移動することで電
流が流れます。
具体的には、以下の反応が進行します。
１）酸化反応
電子を失う反応。通常、負極で起こる。
２）還元反応
電子を得る反応。通常、正極で起こる。
電池の中では、この酸化反応と還元反応が連携し、エネルギーを外
部回路に供給する形で電流が流れます。
２．ダニエル電池
ダニエル電池は最も基本的な電池の一つで、亜鉛（Zn）と銅（Cu）
を用いた電池です。
１）負極
亜鉛（Zn）が酸化されて電子を放出し、Zn²⁺が溶液中に溶けま
す。
（酸化反応）Zn → Zn²⁺ + 2e⁻
２）正極
銅（Cu）が還元され、電子を受け取ってCu²⁺がCuとして析出し
ます。
（還元反応）Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu
３）塩橋
塩橋が電解液の間に配置され、イオンが移動することで電荷の
バランスを保ち、回路が継続して電流を流せるようにします。
ダニエル電池は、一次電池の代表例で、電圧は約1.1ボルトです。
３．実用電池
日常で使われる実用電池には様々なタイプがありますが、主なもの
をいくつか紹介します。
１）アルカリ電池
マンガン（IV）酸化物と亜鉛を使用。高いエネルギー密度と長
持ちが特徴で、リモコンや時計などでよく使われます。
・酸化反応（負極）: Zn + 2OH⁻ → ZnO + H₂O + 2e⁻
・還元反応（正極）: 2MnO₂ + H₂O + 2e⁻ → Mn₂O₃ + 2OH⁻
２）リチウムイオン電池
スマートフォンやノートパソコンに使われている充電式の電池
で、軽量で高エネルギー密度が特徴です。
４．鉛蓄電池
鉛蓄電池は、昔から車のバッテリーとして広く使われている充電可
能な電池です。
１）負極
鉛（Pb）が酸化され、Pb²⁺に変わります。
（酸化反応）Pb + SO₄²⁻ → PbSO₄ + 2e⁻
２）正極
二酸化鉛（PbO₂）が還元されて鉛（Pb²⁺）になります。
（還元反応）PbO₂ + SO₄²⁻ + 4H⁺ + 2e⁻ → PbSO₄ + 2H₂O
鉛蓄電池は比較的重いですが、大電流を供給でき、過酷な環境でも
耐えられるため、車や産業用機器などに広く使用されています。ま
た、充電が可能で、化学反応を逆にすることで再度使用できるのが
特徴です。
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