半電池

電気化学において、半電池とは、導電性電極と周囲の導電性電解質が自然に存在するヘルムホルツ二重層によって隔てられた構造のことです。この層内での化学反応によって、電極と電解質の間で電荷が瞬間的にポンプ輸送され、電極と電解質の間に電位差が生じます。典型的な陽極反応では、電極中の金属原子が溶解し、正イオンとして二重層を横切って輸送されます。これにより、電解質は正味の正電荷を帯び、電極は正味の負電荷を帯びます。電位差が増大するにつれて、二重層内に強い電場が発生し、正味の電荷ポンプ反応が停止するまで電位が上昇します。この自己制限作用は、孤立した半電池ではほぼ瞬時に起こります。応用上は、2つの異なる半電池が適切に接続されてガルバニ電池を構成します。

標準ハーフセルは、金属イオン濃度が 1モル(1 mol/L) で 298ケルビン(25 °C)の水溶液中の金属電極で構成されています。 ^{[ 1 ]}標準水素電極 (SHE)の場合は、白金電極が使用され、水素イオン濃度が1M の酸性溶液に浸され、1 atmの水素ガスが溶液中に吹き込まれます。^{[ 2 ]}標準電極電位から構成され、反応性系列と密接に関連する電気化学系列は、塩橋で接続された標準水素ハーフセルとの回路内の金属ハーフセル間の電位差を測定することによって生成されました。  

標準的な水素半電池：

2H ⁺ (aq) + 2e ⁻ → H ₂ (g)

ダニエル電池の半電池：

元の方程式

Zn + Cu ²⁺ → Zn ²⁺ + Cu

亜鉛の 半電池（陽極）

Zn → Zn ²⁺ + 2e ⁻

銅の 半電池（カソード）

Cu ²⁺ + 2e ⁻ → Cu

• 標準電極電位（データページ）