UA-119493607-1 炭電池を作る | らくらく理科教室
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備長炭とアルミホイルを用いて電池をつくります。炭内部の微細構造に吸着されている酸素と電解液である塩化ナトリウムの存在も重要です。不要となったアルミニウムが電子の供給源になることから、アルミ缶のリサイクルの意義についても考える機会とします。

「動 画」食塩を少量加えるとモータが回り出す。さして強く握らなくても元気よく回り出す。アルミホイルが消費しきるまで、数時間は回り続ける。

「動画2」電池特性を測定してみた。ぎゅっと握ればなんとか特性曲線が確認できる。

「動画3」備長炭をお湯にいれたら泡がたくさん発生してきた。たくさんの空気を吸収していることがわかる。

「動画4」アルミ缶を使って。アルミは電気の缶詰といわれる理由が実感できる。

実験プリント版

「実験テーマ」炭とアルミホイルで電池を作る

「サブタイトル」タダの炭では済みません

「学習項目」①イオン ②電子 ③酸化還元反応 ④電池

「画像群」軽く火であぶることで、水分などの不純物を除く。 放冷により、酸素が吸着してくる。 炭素は単なる導体で、酸素が正極となる。 電解質は、酢でもかまわないが、臭いがきついので、3%の食塩水で十分。接点は銅線一巻きさせる。 さして強く握らなくても元気よく回り出す。数時間は軽く回り続ける。 アルミ缶を使ってみると、リサイクルの実感がわく。

   

「準 備」「操作手順」WEB非公開

「注意事項」

1.  電子部品に食塩水が付着しないように注意する。付着したら、濡布で拭き取ること。

2.  炭は軽く水洗して返却する。

「解 説」

1.  アルミニウムが電子の供給源

アルミホイルはもちろん、缶、一円硬貨、サッシ、タイヤのホイル、食器、航空機の本体まで、身近にはアルミ製品があふれています。しかし、原料のボーキサイトのほとんど海外に依存し、輸入したものを電気分解することで単体のアルミニウムを得ているのが現状です。さらに加工して製品の体を成すまでには、大変なエネルギーを要している材料なのです。アルミ缶1個を作るのに、テレビ数時間をつける電気を消費すると言われ、電気の缶詰と呼ばれるのもうなずけます。アルミ缶がリサイクルの優等生とされることとも関係が深いのです。例えば、

アルミニウム1 mol 27 gのすべてから得られる電子の量はその3倍mol。(1 molの電子e– は、96500 Cに相当)   Al  → Al3+ + 3e

なお、回路に流れた電気量Q Cは、電流の大きさI Aと時間t s の積で表すことができます。また、流れた電気がする仕事W Jは、電力P Wと時間t sの積です。仮にアルミ缶1個を作るのに40 Wの電球を10時間点灯できると聞けば、いかに大量の電気が使われているのかを実感することができます。おにぎりを包むアルミホイルを捨てるのも惜しくなってくるに違いありません。

電気量:Q=It〔C〕   仕事量:W=Pt=VIt〔J〕

2.  炭は優れた電極

炭の主成分は、ほぼ単体と考えて良く、金属でなくても導電性を示す物質です。この電池の場合、炭が正極として、アルミホイル側から供給された電子を酸素に渡し、水酸化物イオンになるのを助ける働きをしています。また、炭は、熱によって植物体から水分子が除かれたもので、細胞の形がある程度保持されたまま細かい空間(多孔質体)を作るので、炭の内部に酸素が吸着されやすくなっています。特に、備長炭は酸素の吸着度が高く…

…省略…

負極:Al  → Al3+ + 3e  ・・・①    電子を放出する側

正極:O2 + 2H2O + 4e → 4OH ・・・②  電子を受け取る側

両方の電極での反応を①+②としてひとまとめにすると…

4Al + 3O2 + 6H2O  → 4Al(OH)3

反応後の炭電極側のペーパー部分で、フェノールフタレインが赤紫色を呈するのは、正極に生成する水酸化物イオンによるものです。

◇このブログで発信する情報は、取扱いに注意を要する内容を含んでおり、実験材料・操作、解説の一部を非公開にしてあります。操作に一定のスキル・環境を要しますので、記事や映像を見ただけで実験を行うことは絶対にしないで下さい。詳細は、次の3書(管理者の単著作物)でも扱っているものがありますので参考になさってください。


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