ダニエル電池の構造と動作原理

ダニエル電池はボルタ電池の改良版です。ボルタ電池の極化の欠点は、ダニエル電池で克服され、ボルタ電池の改善版と考えることができます。構造的にはダニエル電池は非常に単純です。

ダニエル電池の構造

これは銅製の容器に濃縮硫酸銅溶液が満たされており、その中に多孔性の円筒形のポットが置かれています。このポットには希釈された硫酸が満たされ、濃縮硫酸銅溶液に浸されています。ポット内には亜鉛と水銀の合金棒が浸されています。希釈された電解質の特性により、硫酸は陽イオンである水素イオンと陰イオンである硫酸イオンとして存在します。硫酸イオンが亜鉛棒に接触すると、電子を放出し、酸化反応により硫酸亜鉛を生成します。結果として、亜鉛棒は負に帯電し、カソードとして機能します。

陽イオンである水素イオンは、ポットの多孔性の壁を通過して硫酸銅溶液に移動し、そこで硫酸銅電解質の硫酸イオンと結合して硫酸を形成します。硫酸銅電解質の陽イオンである銅イオンは、銅容器の内壁に到達し、還元反応により電子を取り込み、銅原子となり、壁に沈殿します。

ダニエル電池の動作原理

セルの動作原理をステップバイステップで説明します。

希釈された硫酸溶液にはH+とSO4– –イオンがあります。

H+イオンは多孔性のポットの壁を通じて硫酸銅溶液に移動します。希釈された硫酸の硫酸イオンは亜鉛棒と反応し、Zn++イオンがSO4—イオンと結合して硫酸亜鉛（ZnSO4）を形成します。この酸化反応では、各亜鉛原子が亜鉛棒に2つの電子を残します。そのため、亜鉛棒は負に帯電し、バッテリーのカソードとして機能します。

硫酸銅溶液内の水素イオン（H+）は硫酸（H2SO4）を形成し、銅イオン（Cu++）は外側の銅容器の壁に到達します。

銅イオンは容器から電子を取り込み、銅金属として容器の壁に沈殿します。結果として、銅容器は正に帯電し、これがダニエル電池のアノードとなります。中央の亜鉛棒と周囲の銅容器の壁間に外部負荷を接続すると、電子は亜鉛棒から銅容器へ流れ始めます。

ダニエル電池では、極化というボルタ電池の主な欠点を回避することができます。ボルタ電池の場合、水素ガスがアノード（銅容器の壁）に沈殿する前に硫酸を形成するため、アノード上に水素層が形成されず、還元反応を妨げることはありません。

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