ガルバニ電池またはボルタ電池は、溶液中の化合物は、自発的反応を活性化する二つの半細胞中に浸漬し2種の異なる金属から成る電気化学電池の一種です。
次に、一方のハーフセルの金属の1つが酸化され、もう一方のハーフセルの金属が還元され、外部回路を介して電子の交換が行われます。これは、電流を利用することを可能にする。
図1.ガルバニ電池のスキームと部品。ソース：corinto.pucp.edu.pe。
「ガルバニ電池」という名前は、電気実験の先駆者の1人であるイタリアの医師であり生理学者であるルイージガルバニ（1737-1798）を称えています。
Galvaniは1780年に、異種金属のケーブルが一方の端で接続され、自由端がカエルのハンチに接触すると、収縮が発生することを発見しました。
ただし、電気を生成するために電気化学セルを最初に構築したのも1800年のイタリアのアレッサンドロボルタ（1745-1827）であり、したがって、ボルタ電池の代替名でもありました。
ガルバニ電池の部品
ガルバニ電池の部品を図1に示します。
1.-アノードセミセル
2.-陽極電極
3.-陽極ソリューション
4.-カソードセミセル
5.-カソード電極
6.-陰極溶液
7.-生理食塩水橋
8.-金属導体
9.-電圧計
機能している
ガルバニ電池の動作を説明するために、下の電池を使用します。
図2.ガルバニ電池の教授モデル。出典：slideserve.com
ガルバニ電池の基本的な考え方は、酸化反応を受ける金属が還元された金属から物理的に分離され、電流の流れを利用できるようにする外部導体を介して電子の交換が行われるようにすることです、たとえば、電球を点灯したり、LEDを点灯したりします。
図2では、左側のハーフセルに硫酸銅溶液（CuS0 4）に浸漬された金属銅（Cu）テープがあり、右側のハーフセルには亜鉛（Zn）テープが浸漬されています硫酸亜鉛（ZnSO 4）の溶液。
各ハーフセルでは、それぞれの金属が2つの酸化状態で存在することに注意してください。金属の中性原子と溶液中の同じ金属の塩の金属イオンです。
金属テープが外側の導線で接合されていない場合、両方の金属がそれぞれのセルで別々に酸化されます。
ただし、電気的に接続されているため、Znで酸化が起こり、Cuで還元反応が起こります。これは、亜鉛の酸化度が銅の酸化度より大きいためです。
酸化された金属は、外部導体を通じて還元された金属に電子を与え、この電流の流れを利用することができます。
酸化および還元反応
金属亜鉛電極と硫酸亜鉛水溶液の間の右側で発生する反応は次のとおりです。
ZnのO （S） +のZn 2+（SO 4）2- →2のZn 2+ （AC） +（SO 4）2 + 2 E -
溶液中の亜鉛の正イオンによって刺激された、右半分のセルのアノード電極の表面にある亜鉛原子（固体）は、2つの電子を放出し、電極から切り離され、水溶液の二重正イオンとして水溶液に移動します亜鉛。
正味の結果は、金属からの中性亜鉛原子が2つの電子の損失により、水溶液に追加される亜鉛イオンになり、亜鉛棒が1つの原子を失い、溶液は正の二重イオンを獲得しました。
放出された電子は、外側のワイヤーを通って、他の正に帯電したハーフセル（カソード+）の金属に向かって移動します。亜鉛バーは原子が徐々に水溶液に移行するため、質量を失っています。
亜鉛の酸化は次のように要約できます。
ZnのO （S） →のZn 2+ （AC） + 2 E -
左側で発生する反応は似ていますが、水溶液中の銅は2つの電子（他のハーフセルから来る）を捕獲し、銅電極上に堆積します。原子が電子を拾うとき、それは還元されると言われます。
銅の還元反応は次のように書かれています：
Cu 2+ （AC） + 2 E - →CuのO （S）
溶液のイオンがバーに移動するにつれて、銅バーは質量を増しています。
電子をはじく陽極（負）で酸化が起こり、電子を引き付ける陰極（正）で還元が起こります。電子交換は外部導体を介して行われます。
塩橋
塩橋は、2つの半電池に蓄積する電荷のバランスをとります。陽イオンは陽極半電池に蓄積しますが、陰極電池では過剰の陰イオン硫酸イオンが残ります。
塩橋には、反応に影響を及ぼさない塩（塩化ナトリウムや塩化カリウムなど）の溶液を使用します。これは、端が多孔質材料の壁で塞がれた逆U字型のチューブです。
塩橋の唯一の目的は、イオンが各セルにフィルターをかけ、過剰な電荷を平衡化または中和することです。このようにして、電流が塩橋を介して、塩イオンを介して生成され、電気回路を閉じます。
酸化と還元の可能性
標準的な酸化電位と還元電位は、25℃の温度で、1 M濃度（1モル）の溶液を使用して、アノードとカソードで発生するものと理解されています。
亜鉛の標準酸化電位はE ox = +0.76 Vです。一方、銅の標準還元電位はE red = +0.34 Vです。このガルバニ電池によって生成される起電力（emf）は、 ：emf = +0.76 V + 0.34 V = 1.1V。
ガルバニ電池の全体的な反応は次のように書くことができます：
Zn o （s） + Cu 2+ （aq） →Zn 2+ （aq） + Cu o （s）
硫酸塩を考慮すると、正味の反応は次のとおりです。
ZnのO （S） +のCu 2+（SO 4）2- 25℃→のZn 2+（SO 4）2+のCu O （S）
金属は電子を交換する一方で、硫酸塩は傍観者です。
ガルバニ電池の記号表現
図2のガルバニ電池は、次のように象徴的に表されます。
Zn o （s） -Zn 2+ （aq）（1M）-Cu 2+ （aq）（1M）-Cu o （s）
慣例により、酸化してアノードを形成する金属（-）は常に左側に配置され、水性状態のそのイオンはバー（-）で分離されます。陽極半電池は、塩橋を表す2本の棒（-）によって陰極1から分離されています。右側には、還元されてカソード（+）を形成する金属ハーフセルが配置されています。
ガルバニ電池の記号表現では、左端が常に酸化される金属であり、還元される金属が右端（固体状態）に配置されます。図２では、半セルは従来の記号表現に対して逆の位置にあることに注意すべきである。
用途
異なる金属の標準的な酸化電位を知ることで、これらの金属で構築されたガルバニ電池が生成する起電力を決定することが可能です。
このセクションでは、前のセクションで説明した内容を適用して、他の金属で構築されたセルの正味の起電力を計算します。
アプリケーションの例として、鉄（Fe）と銅（Cu）のガルバニ電池を考えます。データとして、次の還元反応とその標準的な還元電位が示されています。つまり、25ºCと1Mの濃度での値です。
鉄2+ （AC） + 2 E - →鉄（秒）。E1 ネットワーク = -0.44 V
Cu 2+ （AC） + 2 E - →Cuの（S）。E2 赤 = +0.34 V
次のガルバニ電池によって生成される正味起電力を見つけるように求められます。
Fe （s） -Fe 2+ （aq）（1M）-Cu 2+ （aq） -Cu （s）
このセルでは、鉄は酸化しており、ガルバニ電池のアノードですが、銅は還元してカソードです。鉄の酸化電位は、その還元電位と等しいが反対です。つまり、E1 oxd = +0.44です。
このガルバニ電池によって生成された起電力を取得するには、鉄の酸化電位と銅の還元電位を加算します。
emf = E1 oxd + E2 赤 = -E1 赤 + E2 赤 = 0.44 V + 0.34 V = 0.78V 。
日常生活におけるガルバニ電池
日常的に使用するガルバニ電池は、教訓的なモデルとして使用されているものとは形状が大きく異なりますが、動作原理は同じです。
最も一般的に使用されるセルは、さまざまなプレゼンテーションで1.5Vアルカリ電池です。最初の名前は、起電力を増やすために直列に接続されたセルのセットであるためです。
リチウム二次電池も、ガルバニ電池と同じ動作原理に基づいており、スマートフォン、時計、その他のデバイスで使用されています。
同様に、自動車、オートバイ、ボート用の鉛電池は12Vであり、ガルバニ電池の同じ動作原理に基づいています。
ガルバニ電池は美学および筋肉再生で使用されます。皮膚をきれいにし、調子を整えるローラーまたは球の形をした2つの電極に電流を流すことからなるフェイシャルトリートメントがあります。
電流パルスはまた、衰弱状態にある人々の筋肉を再生するために適用されます。
自家製のガルバニ電池の構築
自家製のガルバニ電池を作るには多くの方法があります。最も簡単な方法の1つは、酢、鋼の釘、銅線を溶液として使用することです。
材料
-使い捨てプラスチックカップ
-ホワイトビネガー
-鋼製ネジ2本
-裸の銅線2本（絶縁またはニスなし）
-電圧計
処理する
-ガラスのof部分を酢で満たします。
-2本の鋼製ねじを数回巻き、2本の鋼製ねじを結合します。
銅線の巻き戻された端を逆U字形に曲げて、ガラスの縁に置き、ネジを酢に浸します。
図3.自家製のガルバニ電池とマルチメーター。出典：youtube.com
もう1本の銅線も逆U字形に曲げられ、ガラスの端に浸漬されたねじと正反対の位置に掛けられます。これにより、銅の一部が酢の内側にあり、銅線の他の部分が外側になります。ガラスの。
電圧計のリードの自由端は、この単純なセルによって生成される起電力を測定するために接続されています。このタイプのセルの起電力は0.5Vです。アルカリ電池の起電力を均一化するには、さらに2つのセルを構築し、3つを直列に接続して、1.5V電池を得る必要があります。
参考文献
- ボルネオ、R。ガルバニックおよび電解セル。回収元：classdequimica.blogspot.com
- セドロン、J。一般化学。PUCP。回復：corinto.pucp.edu.pe
- Farrera、L.電気化学入門。物理化学科UNAM。から回復：depa.fquim.unam.mx。
- ウィキペディア。電気化学セル。回復元：es.wikipedia.com。
- ウィキペディア。ガルバニ電池。回復元：es.wikipedia.com。