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電極近傍の電位プロファイルを描いてみましょう。
現代の電気化学p.23図2.10のように横軸を距離、縦軸に電位をとった図を、 電位プロファイルと言います 1 ) 。 等電位線 が、地図の等高線にたとえるとすれば、 電位プロファイルは、山や谷の断面図になります。 等高線で垂直が崖を表現できないように、 等電位線 でも界面電位差を表現することはできません。
ネルンストの式 は、この界面の平衡について、電気エネルギー、熱エネルギー、化学エネルギーの関係を表したものです。 充放電曲線 は、 ネルンストの式 から予想され、電池の残量予測🔋🪫や、安全に電池を充電できるよう充電器の設計にも応用されます。
電極界面の界面電位差を電位プロファイルとして図示してみましょう。
現代の 電気化学p.68図3.3あるいは 最新工業化学p.46図3.9から、 電池系をひとつ選びましょう。 現代の電気化学p.65図3.1に従って、電池式として表記しましょう。
次に現代の電気化学p.23図2.10を参考に、正極と負極の電極近傍の電位プロファイルについて、議論してみましょう。 さらに下記サイトを参考に正極と負極の電位プロファイルを含む、電池全体の電位プロファイルを描いてみましょう。
| 電池式 | Zn | ZnSO4aq || CuSO4aq | Cu |
| 負極 反応 | Zn2+ + 2e- ← Zn Eº = -0.7626V |
| 正極 反応 | Cu2+ + 2e- → Cu Eº = 0.34V |
| 全反応 | Zn +Cu2+ → Zn2+ + Cu |
| 起電力 | e.m.f. = 1.1026V |
| 理論容量 （ 電力原単位 ） | 415.7mAh/g |
| 理論重量エネルギー密度 2 ) | 458.4mWh/g |
起電力は、電解液中の亜鉛イオンと銅イオンの活量が１であるとしたときの起電力です。 関与する化学種の活量を全て１としたとき、起電力は、酸化還元電位の差になります。
*| 電極反応 |
電位
/ V |
/ mV/K |
/ mV/K |
|
|---|---|---|---|---|
| 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 | -0.8285 | 0.037 | -0.834 | アルカリ性 |
| H+ + 2e- → H2 | 0.000 | 0.871 | 0.000 | 酸性 |
| O2 + 2H2O + 4e- ← 4OH- | 0.401 | -0.809 | -1.680 | アルカリ性 |
| O2 + 4H+ + 4 e- ← 2H2O | 1.229 | 0.025 | -0.846 | 酸性 |
pH0（酸性）では、1.229（酸素）-0.000（水素）≒1.23、pH14（アルカリ性）では、0.401（酸素）-(-0.8285（水素）)≒1.23となって どちらも同じ1.23Vです。 電位-pH図でみると、 水の電位窓がpHによらず1.23Vです。 この1.23Vが、水電解の電解槽における水の理論分解電圧であり、酸素水素燃料電池の電池の起電力です。
ワークショップを楽しみましょう 3 ) 。 グループ人数は、5〜6名とします。 7名を超えないようにしてください。
初対面の場合は、自己紹介をしましょう。 雑談をして、アイスブレイクしましょう。
リーダー（司会進行）を決めてください。 そのほかのメンバーの 役割（記録係、資料作成係、プレゼンター（ 登壇者））を決めてください。
グループ名を決めてください。
記録係は、試験答案用紙表面の最上部に、授業科目名、グループ名を記入してください。 メンバーは、記録係に従い、学籍番号、氏名、役割を直筆署名してください。 その際、 筆頭著者を登壇者の氏名の前に〇をつけてください。
討論を開始したら、記録係は討論の内容を裏面に記録してください。
討論がまとまったら、資料作成係は、試験答案用紙表面に グラフィカルアブストラクト に表現してください。
グラフィカルアブストラクトを撮影し、WebClassにアップロードしておくと復習に便利です。
登壇者は、プレゼンテーションのイメージをしましょう 4 ) 。 メラビアンの法則を意識して、 非言語表現も工夫しましょう 5 ) 。
グループ名が指名された後で、じゃんけんなどで登壇者を決めるのは、授業進行の妨げとなりますので、 必ず、討論前に 登壇者を決めてください。
記名だけして、討論に参加しない場合、不正行為として扱うことがありますので、必ず討論に参加してください。 自分から参加できなそうな人には、積極的に声がけをお願いします。 期末の 成績評価申請 時に、グループ名やメンバー、討論の内容を思い出せるよう、答案用紙を撮影することを推奨します。
ランダムにグループを指名し、壇上で、 プレゼンテーションしてもらいます 6 ) 。 質疑応答の際も、グループを指名しますので、指名されたグループのプレゼンターが質問、コメント、アドバイスをしてください。 ディベートとしての反対意見は、大歓迎です。
資料作成係は、討論の内容をポスターとして、試験答案用紙の裏面にまとめてください。 資料作成係に従って、他のメンバーが代筆してもかまいません。
*平常演習の配点は、授業1回ごとに、一律加点です。 平常演習には、ワークショップ、意見交換、発表、質疑応答など授業時間内の学習活動を含みます。 そのほかに授業時間外の0.5時間の学習活動を含みます。 平常点は、学期末に WebClass の 成績評価申請書 に申告していただき集計します。
授業時間外の活動の一助としてWebClassへの提出を推奨します。〆切は講義後１週間です。 ただし平常点の加点は、授業時間内の学習活動も含みます。 WebClass への提出のみでの、平常点の申告はご遠慮ください。
WebClass への平常演習提出は、推奨しますが、必須ではありません。 提出されていなくとも、 成績評価申請書 に、各回の授業時間以外の0.5時間の取り組みが申告されれば十分です。未提出だからと心配することはありません。
成績評価申請書 では、それぞれの授業で何を学び身につけたかを申告してもらいます。 WebClass に提出したかどうかより、身につけることを優先してください。 授業で取り上げたトピックや、グループワークの意見交換の内容は、期末までノート 7 ) などに記録しておくことを推奨します。 逆に授業に参加していないのに、WebClassの出席や提出だけの場合は不正行為として扱うことがあります。 平常の取り組みだけで、「到達目標を最低限達成している。成績区分：C」となります。 評点が60点に満たない場合は、不合格となります。 欠席した場合、課外報告書へ取り組むことで挽回してください。 出席が60%に満たない場合、課外報告書を提出しても、単位認定できません。
２０２４年１月２１日 松木健三名誉教授がご逝去されました。
