化合物を表すのに化学式を使います。化学式には組成式やイオン式などがあります。
| 化学種 | 式 | 式の種類 | 凡例 |
|---|---|---|---|
| 水 | 分子式 | H2O | |
| 水素 | 元素記号 | H | |
| 水素分子 | 分子式（化学式） | H2 | |
| 硫酸アルミニウム | 組成式（化学式） | 3Al2(SO4)3 | |
| 炭酸イオン | イオン式（化学式） | CO32- | |
| ダニエル電池 | 電池式 | Zn | Zn2+ || Cu2+ | Cu |
化合物を化学式で表すように、電池を表すには電池式があります。電池式はアノードを左側に書くのが慣例です。 電池式の縦棒（|）は相と相との界面を表しています。たとえばダニエル電池の電池式は下記のようになります。
界面の厚みはないものとみなします。
電池には電極があります。酸化が起きる極をアノード、還元が起きる極をカソードと呼びます。 以前はアノードを陽極、カソードを陰極と呼びましたが、正極と陽極がまぎらわしいのでアノードと呼びます。 アノードは電流が外部回路から流れ込む極です。カソードは電流が外部回路へ流れ出す極です。 アノード、カソードは電流の向きに注目した呼び方です。 それとは別に正極と負極という呼び方があります。 電位の高い極を正極、電位の低い方を負極と呼びます。 正極、負極は電位の高低に注目した呼び方です。
ダニエル電池を放電するときは、負極の亜鉛が酸化して亜鉛イオンになります。 つまり負極がアノードです。 乾電池の負極も亜鉛です。 乾電池に豆電球をつないで点灯させているときも亜鉛が亜鉛イオンとなって溶け出していることになります。
豆電球のスペックをみたところ、2.5Vの0.5Aでした。 このとき亜鉛が溶け出す反応速度をmol/sで求めてみましょう。
電気回路は電池の中で途切れているわけではありません。 電池の中で電流はイオンとしてアノードからカソードへ流れます。 電解液の中のイオンは 電界 E 〔V/m〕 によって 力 F 〔N〕 を受けるからです。 このようにイオンが力を受けて移動する道筋を電気力線といいます。 電気力線は途中で途切れることもなければ交わることもありません。
同じ電解液であれば、抵抗は電極間距離に比例し、断面積に反比例します。 このときの電極間距離と断面積の比をセル定数aと言います。
| 物理量 | 単位 | 凡例 |
|---|---|---|
| 電極間距離 d | m | 電界の強さ＝電圧÷電極間距離 |
| 電極面積 A | m² |
実験室でよく使う旗型電極の電極面積は
1cm²。
電流密度 j ＝電流÷電極面積 |
| セル定数 a | 1/m |
セル定数＝電極間距離d÷電極面積A コンダクタンス G ＝ 導電率 ÷セル定数 電気抵抗＝抵抗率ρ×セル定数a |
准教授
伊藤智博山形大学 大学院 理工学研究科Ｃ１ラボラトリー 〒992-8510 山形県 米沢市 城南4丁目3-16 ３号館（物質化学工学科棟） 3-3301 Tel: 0238-26-3753 URL: http://c1.yz.yamagata-u.ac.jp/ |
