質問: 水の電気分解でのイオンの役割は? 水の電気分解を行なう時,純粋に比べてイオン存在下では電気分解が容易になりますが,この時のイオンの役割は何でしょうか。 例えば,硫酸(h2so4)や水酸化ナトリウム(naoh)の場合は,電気分解の基質となる h+ や oh- イオンを供給する事で電気分解を促進していると考えられます。 では,硫酸ナトリウム(na2so4)の場合は何故でしょうか。na+ も so4(2-) も基質ではありません。 簡単な事のようですが,最近気になっています。少しは調べたのですが,なかなか納得いく説明が見当たらないので質問いたします。よろしくお願いします。
回答: rei00さんの質問に答えるのは恐れ多いですが、先日、ある本を読んで目から鱗が落ちたことがありましたので、そのことを書きます。 その本は、 『基礎化学コース 電気化学』 渡辺正・金村聖志・益田秀樹・渡辺正義 共著 丸善 という本です。 以下、自分の意見のように書きますが、すべてこの本の引用、受け売りです。 まず、電気分解が起こらない程度の弱い電圧(1v程度)をかけたとします。 そうすると、両極にイオンが寄り、電気ニ重層ができます。 ただし、この電気ニ重層はナノメーターオーダーの薄さで、寄ったイオンの数もごくごく僅かです。 そのため、電圧がかかっているにも関わらず、陽極にプラスイオンが、陰極にマイナスイオンが近づくことも容易です。 (その証拠に、銀のメッキ反応が挙げられます。 陰極:ag(cn)- + e- →ag+2cn- ) ここで、電圧を上げると、電極の近くにある化学種のうちで最も酸化/還元されやすいものが、電子の授受をおこないます。 いわゆる“電気分解”が行われたのです。 そうすると、 陰極:2h2o ―→ 4h+ + o2↑ + 4e- 陽極:2e- + 2h2o ―→ h2↑ + 2oh- ですから、 陽極のマイナスイオン濃度、陰極のプラスイオン濃度が増大します。 つまり、液中に電荷の偏りが生じます。 電荷が偏ると、それを打ち消そうと液中のイオンが動きます。 これが“電流”です。 以上が電気分解の正体です。 つまり、 「電気が流れるから電極反応が起きる」のではなく、 「電極反応が起きるから電気が流れる」ということです。 >na+ も so4(2-) も反応には関係しません >これらのイオンは何をしているのか 確かに、反応には関与していません。 これらのイオンは液中に生じた電荷の偏りを打ち消し、反応を効率よく行えるようにしているわけです。 ここが純水との差です。 逆に言うと、効率はすこぶる悪いが、純水に電気を通すこともできるし、電気分解することも可能です。 この「反応を効率よく行わせる」作用は、自身は反応はしていなくても電気分解を仲立ちしていることになるので、加えたイオンは“支持塩”と呼ばれます。 ・・・というようなことが、上記の本に書いてありました。 納得されましたでしょうか。 僕は、目から鱗です。 中学校以来信じていたことがウソだったことになるので、正直ビックリしました。 いい加減な啓蒙書などの類ではなく、電気化学の専門家が書いた本なので信頼できると思います。 一読してみてはいかがでしょうか。