ボルタ電池の質量が変わる理由

ボルタ電池をしばらく使ったあと、亜鉛板を取り出してみると、少しやせたように見えることがあります。
実際に重さをはかってみると、ほんのわずかですが質量が減っているのです。

「えっ、電池って使うと軽くなるの？」と思いますよね。
でもこれはちゃんと理由があります。亜鉛が溶けてイオンになり、目に見えない形で水溶液の中へ移動しているからです。その仕組みを見ていきましょう。

どうして電池の重さが変わるの？

ボルタ電池では、負極の亜鉛が反応の中心になります。
亜鉛は次のような変化を起こします。

Zn → Zn²⁺ ＋ 2e⁻

亜鉛がイオンになることで、金属の板から物質が離れていくのです。

見えない移動

亜鉛は固体ですが、亜鉛イオンになると水溶液の中に溶け込みます。
そのため、金属の板としての質量は減っていきます。

目で見るとわかりにくいですが、はかってみると確かに軽くなっているのですね。

亜鉛が溶けると何が起きている？

亜鉛が溶けるというのは、単に形が変わるだけではありません。
そこでは電子の放出が起きています。

亜鉛が電子を出してイオンになることが、電池のエネルギー源なのです。

酸化という変化

電子を失う変化を酸化といいます。
亜鉛は酸化されることで、電池の中に電子の流れを生み出します。

その電子が外の回路を通って流れることで、電気が取り出せます。
つまり、質量が減るということは、エネルギーを生み出している証拠でもあるのですね。

減った分の物質はどこへ行ったの？

では、減った亜鉛は消えてしまったのでしょうか。
いいえ、なくなったわけではありません。

減った亜鉛は、亜鉛イオンとなって水溶液の中に存在しています。

形が変わっただけ

固体の亜鉛は見えますが、イオンは見えません。
しかし水溶液の中でちゃんと存在しています。

さらに、正極では水素ガスが発生します。
物質は形を変えて移動しているだけで、どこかへ消えてしまったわけではないのです。

──質量が減ったように見えても、物質は別の形で存在しているのですね。

ここまでで「ボルタ電池の質量が変わる理由」が整理できました。
ポイントは、亜鉛の酸化とイオンへの変化です。

まとめると──

1. 亜鉛がイオンになって水溶液に溶ける。
2. そのとき電子が放出され、電気が生まれる。
3. 減った物質は消えたのではなく、形を変えて存在している。

──以上3点が、質量変化の理由です。

ボルタ電池では、目に見えないレベルで物質が動いています。亜鉛が溶けてイオンになることが、質量の変化と電気の発生を同時に生み出しているのです。形は変わっても物質は消えない──そこに化学反応の本質があるということになるのですね。