準備が楽々「ハンバーガー式ダニエル電池」で生徒の探究心を刺激！

桑子研

サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。

「ダニエル電池」は、電池の仕組みを理解する上で非常に重要なテーマですよね。しかし、準備が大変だったり、廃液の処理に手間がかかったりといった悩みを抱えている先生方もいらっしゃるのではないでしょうか。

そこで今回ご紹介したいのが、その名も「🍔ハンバーガー式ダニエル電池」！このユニークな名前の通り、まるでハンバーガーのように材料を重ねて作る、画期的な簡易版ダニエル電池です。見た目の面白さだけでなく、通常のダニエル電池に比べて廃液が格段に少なく、環境に優しいのが最大の魅力。さらに、身近な材料で手軽に作れるため、授業準備の負担を大幅に軽減できます。

もちろん、簡易版ゆえに溶液の様子を直接観察できないという弱点はあります。しかし、ご安心ください！通常のダニエル電池（演示用）と組み合わせて実験することで、それぞれの利点を活かし、生徒たちの理解を深めることができます。例えば、通常のダニエル電池でイオンの移動や金属の溶解・析出を視覚的に示し、その後このハンバーガー式で手軽に発電を体験させる、といった流れが考えられます。この組み合わせによって、生徒たちはダニエル電池の基本原理を多角的に捉え、より深い学びへと繋げることができるでしょう。

この「ハンバーガー式ダニエル電池」を授業に取り入れて、生徒たちを「なるほど！」と唸らせる、楽しくてエコな化学実験を実践してみませんか？

必要な材料と作り方

このハンバーガー式ダニエル電池のキーとなるのが「セロハン」です。これは、通常のダニエル電池における「素焼き板」や「塩橋」と同じく、異なる電解液が混ざるのを防ぎつつ、イオンを通過させる「仕切り」の役割を果たします。驚くことに、100円ショップで手に入るカラーセロハンでも十分に機能しますので、準備の手間もコストも抑えられます。さらに、ろ紙（キッチンペーパーでも代用可能）を溶液の染み込ませる媒体として使うことで、廃液をほとんど出さずに済むため、後片付けも非常に簡単になります。

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※セロハンを使わずにコピー用紙でも実践可能だと教えていただきました。硫酸亜鉛水溶液は飽和食塩水でも可能だそうです。

【準備するもの】

硫酸亜鉛水溶液：約5%（硫酸亜鉛七水和物9.8gを水100gに溶かす）
硫酸銅水溶液：約17%（硫酸銅(Ⅱ)五水和物35.7gを水100gに溶かす）
ポリスポイト（こちらがおすすめです）２本　シャーレ　２つ　亜鉛版　銅板　ろ紙２枚（キッチンペーパーでも可能）　セロハン１枚　ティッシュ１枚　プロペラ　電子メロディー（ #ナリカ）　テスター（こちらがおすすめです）　わに口　ピンセットセロハンは100円ショップで買いました。

実験方法

いよいよハンバーガー式ダニエル電池の組み立てです。手順は非常にシンプルで、まるでサンドイッチを作るように材料を重ねていくだけ！

１　シャーレの上にろ紙を置いて、硫酸銅、硫酸亜鉛をポリスポイトで溶液をとってひたす。

２　机の上にティッシュペーパーを机の上にひいて、その上に銅板を乗せる。このとき机の端で行う。重ね方は次の通りです。

　ティッシュをひいて、銅板をおき、硫酸銅水溶液を染み込ませたろ紙を乗せて、その上にセロハンを乗せる。

その上に硫酸亜鉛を染み込ませたろ紙を乗せて、最後に亜鉛版を乗せる。

このときに銅板と亜鉛版が直接触れないように注意をする。そしてワニ口ではさんで電子オルゴールやモーターに繋いでみる。その後テスターで電圧を測る。

私が作った時は起電力は1V程度でした。1.1Vくらい出るといいのですが。

３　しばらく電流を流し続けるため、ワニ口の２つの端子をつないで（ショート回路の状態）、2分程度放置をする。その後、それぞれの金属版についたろ紙をはがして、色などを観察する。

銅板についていたろ紙。色が赤っぽくなっている。

亜鉛版についていたろ紙。なぜかこちらも茶色になっている。銅イオンがセロハンを通過したのだろうか。

まとめと授業への応用

この「ハンバーガー式ダニエル電池」は、手軽に化学電池の原理を体験できる優れた教材です。廃液が少ないため、環境教育の視点からも非常に有効です。

授業では、以下の点を強調して生徒の理解を深めましょう。

イオン化傾向と電子の移動： 亜鉛と銅のイオン化傾向の違いが、電子の移動と電流の発生に繋がっていることを説明します。亜鉛が電子を放出し（酸化）、銅イオンが電子を受け取る（還元）という一連の酸化還元反応が電池の仕組みであることを明確に伝えましょう。
セロハンの役割： セロハンが異なる溶液の混合を防ぎつつ、イオンを通過させることで回路が完成し、持続的な電流が流れることを解説します。
身近な電池との関連： 身の回りにある様々な電池も、基本的には酸化還元反応を利用して電気を生み出していることを伝え、化学が私たちの生活に密接に関わっていることを実感させましょう。

この実験を通じて、生徒たちが化学の面白さや奥深さに触れ、科学的な探究心を育むきっかけとなることを願っています。ぜひ、次回の理科の授業で「ハンバーガー式ダニエル電池」を取り入れてみてください！