這一天 麥麥一大早就來到狐狸貓家裡玩耍 只見狐狸貓正對著一籃檸檬念念有詞 麥麥好奇的跑過去問: 你在說什麼呀? 狐狸貓說: 「我在變魔法呀! 你要看我表演嗎?」 麥麥開心的拍手: 當然好呀 狐狸貓拿起一顆檸檬和LED燈泡 要求麥麥: 「我可以用魔法把這顆檸檬變成有電的檸檬 並且用它讓燈泡發亮! 你可以嗎?」 麥麥一聽 馬上將LED燈泡插進檸檬裡 試了半天 燈泡都沒有亮 他失望的說: 騙人!檸檬怎麼可能有電! 狐狸貓神秘的一笑 說:別急嘛! 換我露一手囉! 只見狐狸貓在檸檬上 分別插了兩片綁著魔法繩的魔法金屬片 然後一邊把兩條魔法繩接上LED燈泡的長短接腳 一邊大喊: 「劈劈啪拉拉! 檸檬變有電!」 燈泡竟然真的發亮了! 麥麥驚呼一聲: 你真的會魔法? 原來 在18世紀末 義大利的賈法尼醫生在研究青蛙時 不小心用黃銅製的解剖刀 碰到了放在鐵盤內的青蛙 發現青蛙腿立刻產生抽搐 對於這個現象 科學家伏打繼續實驗研究 他在舌頭上方放錫箔 下方放銀湯匙 當這兩種不同的金屬接觸時 舌頭會感到微微的酸疼 伏打認為這是由於舌頭上的導電物質 使這兩種金屬之間產生電位差 經過多次實驗後 伏打證實了這種發電原理 並以一塊浸過食鹽水溶液的濕布 夾在銅板和鋅板之間 堆積成圓柱 再以導線連接 製造出最早的電池「伏打電池」 而根據其中使用的金屬片種類 這個電池又可稱為「鋅銅電池」 麥麥疑惑的問: 「可是檸檬發電的魔法中 沒有看到伏打電池呀? 你是怎麼模仿它的發電原理呢?」 狐狸貓決定用一個小實驗來解釋 只見他拿出分別裝著硫酸鋅溶液、 硫酸銅溶液的甲、乙兩個燒杯 在甲燒杯中插入鋅片 乙燒杯中插入銅片 再以導線連接鋅片、銅片和檢流計 狐狸貓請麥麥看看檢流計顯示有沒有電流? 一邊提醒: 如果檢流計的指針指向中央 就代表沒有電流 指針偏右 代表電子流由左流到右 指針偏左 代表電子流由右流到左 麥麥看了半天 指針始終指著中央: 「沒有電流啊? 怎麼會這樣?」 狐狸貓解釋: 因為這個時候兩杯燒杯還是各自的線路 沒有形成通路 我們必須再放置一個容易解離 且不與電極、電解液反應的 鹽類溶液 也就是俗稱的「鹽橋」在兩個燒杯之間 放上去後 才能使兩個燒杯形成通路 開始產生化學反應 形成電流 麥麥驚訝的說: 「有電流了!指針偏右耶 但為什麼電子流的方向是向右 不是向左呢?」 狐狸貓指著檢流計解釋 實驗中檢流計的指針偏右 代表電子流 不斷由鋅流向銅 從電子流的方向 我們可以判斷 放出電子的鋅片為伏打電池的負極 得到電子的銅片為伏打電池的正極 麥麥聽懂了 突然又發現: 「咦?正極那邊的硫酸銅溶液顏色好像變淡了?」 狐狸貓很開心麥麥觀察到這個現象 並解釋 這是因為負極鋅片的鋅原子不斷的放出電子所導致 在放出電子的同時 形成鋅離子溶於水中 使鋅片的質量減少 而銅離子這邊 則會不斷的接收從鋅流過來的電子 讓硫酸銅水溶液解離的銅離子得到電子、析出銅原子 並使銅片的質量增加 因為水中的銅離子不斷被還原為銅原子 銅離子濃度逐漸減少 原本的藍色自然也變淡了! 鋅的部分 鋅原子因為失去電子 氧化為無色的鋅離子 溶液維持無色 而在這個時候 鹽橋內的硝酸鉀也沒有閒著喔! 由於甲杯的鋅片解離出鋅離子與電子 鋅離子帶正電 電子帶負電 所以甲杯內的正電荷過多 此時鹽橋中 由硝酸鉀溶液所解離出來的硝酸根離子(帶負電) 會流向甲杯 使甲杯溶液維持電中性 而乙杯則因為硫酸銅溶液所解離出來的銅離子得到電子析出銅 所以乙杯內的負電荷過多 讓鹽橋中硝酸鉀溶液所解離出來的鉀離子(帶正電) 流向乙杯 使乙杯溶液也維持電中性 解釋完後 狐狸貓想知道 麥麥是不是也能應用伏打電池的放電原理 於是他決定出題考考麥麥! 螢幕前的你 和麥麥一起動動腦吧! 最後 狐狸貓整理了今天他和麥麥一起實驗的筆記 伏打電池的放電方式為: 在兩種活性不同的金屬間 隔上浸過食鹽水的濕布 再以導線連接 即可發電 鋅銅電池中 作為負極的鋅片持續解離出鋅離子與電子 使鋅片質量減少 正極的硫酸銅水溶液中 銅離子會得到電子 析出銅金屬於銅片(正極)上 使銅片質量增加 由於鋅離子為無色、透明 在放電過程中硫酸鋅水溶液不會變色 而硫酸銅溶液中所解離出的藍色銅離子 則因得到電子析出銅金屬附著於銅片(正極)上 使得硫酸銅水溶液顏色逐漸變淡 為了使兩邊燒杯水溶液維持電中性 鹽橋中的鹽類(例如硝酸鉀) 所解離出的負離子(硝酸根離子) 往負極(鋅片)移動 正離子(鉀離子)往正極(銅片)移動 使用伏打電池的原理放電時 需注意以下幾點: 兩種金屬的活性需不同 燒杯內溶液需為可解離的成分 鹽橋內溶液需為容易解離 且不與電極、解離液反應的鹽類溶液 最後 狐狸貓邀請螢幕前的你 和他一起來腦力激盪! 下圖是鋅銅電池的裝置圖 已知放電過程中 甲燒杯中金屬片重量增加 請問鹽橋中的鉀離子會向哪一個燒杯移動呢?