ダニエル セルは、硫酸銅 (II) の溶液で満たされた銅ポットで構成される電気化学セルの一種です。この硫酸と亜鉛電極を含む溶液に素焼きの土器を浸します。ダニエル セルは、英国の化学者で気象学者のジョン フレデリック ダニエルによって 1836 年に発明されました。ダニエル セルが発明されたのは、化学者がボルタ電池で発見された水素バブルの問題を解消する方法を模索していたときでした。当時の技術を考えると、ダニエル電池は電池開発の進歩と見なされていました。
ダニエル セルの定義
ダニエル電池は、硫酸塩溶液中の銅電極から多孔性バリアによって分離された硫酸を有する一次ボルタ電池として定義できます。
ダニエルセルは、ボルタ電池の改良版です。ボルタ電池で直面する分極の問題は、ダニエル電池で解決されます。
ダニエル細胞の構築
ダニエルセルは基本的に、硫酸銅の濃縮溶液を含む銅製の容器です。この銅製のコンテナの中にもう 1 つのコンテナがあります。この容器は多孔質で、希硫酸が入っています。亜鉛アマルガム棒は、多孔質ポット内のこの硫酸に浸漬されます。
ダニエル細胞の働き
希硫酸にはH+イオンとSO4-イオンがあります。 2 つの金属電極が外部回路の助けを借りて接続されている場合、銅電極は、金属が硫酸亜鉛で酸化するときに亜鉛に残った電子を引き付けます。亜鉛の酸化プロセスは腐食を引き起こし、それは亜鉛の黒ずみによって示されます.
銅が回路を介して受け取る亜鉛の電子は、硫酸銅溶液からの正に帯電した銅イオンと結合し、銅電極上に固体銅の堆積物を形成します。
硫酸塩は、回路を維持する上で重要な役割を果たします。銅電極に向かう亜鉛の電子対ごとに、希硫酸に浸された多孔質土器を通して、銅側から硫酸イオンが補償溶液を通過します。これにより、回路を通る電子の流れが可能になります。亜鉛金属は、硫酸イオンと結合してより多くの電子を放出する陽イオンに分解されます。
化学反応
アノードでは、亜鉛は次の反応に従って酸化されます:
Zn(s)→ Zn+2 + 2e-
カソードでは、次の反応に従って銅が還元されます。
Cu+2 + 2e- → Cu(s)
正に帯電した銅イオンは、常に正に帯電した陽極に向かって移動することに注意する必要があります。これは、化学エネルギーの減少によるものです。
全体の反応は次のように書くことができます:
Zn(s) + Cu+2 → Zn+2(aq) + Cu(s)
これらのプロセスは、亜鉛イオンとして溶液中への亜鉛電極の腐食と、正電極での固体銅の蓄積につながります。
ダニエル電池は、亜鉛 1 モルあたり約 213 kJ を生成します。これは、銅金属と比較して亜鉛の結合が弱いためです。
通常、教室でのデモンストレーションでは、説明を簡単にするために、2 分の 1 セルとも呼ばれるダニエル セルの形式が使用されます。
ダニエル細胞の応用
ダニエルセルは、主に電気冶金プロセスで使用されます。
鳥の細胞
ダニエル細胞変異体は、1837 年にゴールディング バードという名の医師によって発明されました。多孔性の障壁を補うために、彼はパリの石膏を使用して 2 つの溶液を分離しました。この実験は、電気冶金が当時非常に新しい分野であったため、電気冶金の進歩において重要でした。バードの実験では、固体の銅がパリの石膏に堆積し、金属自体とは接触していないことが観察されました.当時、金属は金属表面にのみ堆積すると通常信じられていたため、これは非常に衝撃的でした。
エレクトロタイピング
ダニエル セルの機能は、ジョン ダンサーとして知られるリバプールの楽器メーカーによって、銅メッキに初めて商業的に使用されました。エレクトロタイピングと呼ばれるプロセスでは、多孔性バリアを使用してオブジェクトを任意の形状に成形でき、ジョン ダンサーはこれらの機能をうまく利用しました。しかし、当時、他の多くの人が同じ発見をしていたため、エレクトロタイピングの発明はジョン・ダンサーの功績ではなく、ロシアのモーリッツ・フォン・ヤコビの功績によるものです。
結論
ダニエルセルは、硫酸銅溶液で満たされた銅ポットで構成される電気化学セルの一種です。この硫酸銅溶液は、希硫酸で満たされた多孔質の陶器と亜鉛電極を備えています。ダニエルセルは、1836 年に英国の化学者ジョン・フレデリック・ダニエルによって発明されました。電気冶金と電気タイピングでその用途を見つけることができます.
