4日間回り続けたダニエル電池！ 4日後の「キラキラ」と「ボロボロ」の訳（ダニエル電池の仕組みも解説）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
皆さんが毎日片時も離さず使っているスマートフォン。その中には「リチウムイオン電池」という、何度も充電できる高性能な電池が隠れています。では、そのずっと昔、1836年に発明された「電池のご先祖様」を見たことはありますか？
今回は、化学の力で電気を生み出し、その「化学変化」の決定的瞬間をハッキリと見せてくれる「ダニエル電池」の感動的な実験をご紹介します。4日間プロペラを回し続けた後、金属板に起きた驚きのドラマ！こちらが、今回実験で使ったダニエル電池です。
ダニエル電池は、「亜鉛（あえん）」と「銅（どう）」という2種類の金属が、水溶液の中でイオンになろうとする力の差（イオン化傾向の差）を利用して電気を取り出す装置です。簡単に言うと、「亜鉛が溶けて電子（電気の粒）を放り出し、その電子が導線を通って銅板に移動し、水溶液の中の銅イオンに渡される」という反応で電気が流れます。
「イオン化傾向とは関係ないのでは？」という疑問、実は非常に鋭い視点です。
確かに、亜鉛板を「ただの硫酸亜鉛水溶液」に浸しただけでは、亜鉛はほとんど溶け出しません。しかし、結論から言うと、ダニエル電池で亜鉛が溶ける理由は、やはり「イオン化傾向」が深く関係しています。
1. なぜ「単に浸しただけ」では溶けないのか？
亜鉛板を硫酸亜鉛水溶液に入れると、ごくわずかな亜鉛原子が「イオンになりたい！」と溶け出そうとします。
\[Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-\]
しかし、このとき放り出された電子（e^-）が亜鉛板の中に溜まってしまいます。 マイナスの電子が溜まると、新しく溶け出そうとするプラスの亜鉛イオンを「行かないで！」と引き戻してしまうため、すぐに反応が止まってしまうのです。
2. 「イオン化傾向」が動き出すきっかけここで、導線で銅（Cu）とつなぐと話が変わります。亜鉛と銅を比べると、亜鉛の方が「イオンになりたい力（イオン化傾向）」が強いです。これは言い換えると、「亜鉛の方が、銅よりも電子を押し出す力が強い」ということです。
亜鉛（Zn）： 電子を押し出す力が強い（負極）
銅（Cu）： 電子を押し出す力が弱い
この「力の差」があるため、亜鉛板に溜まって行き場を失っていた電子が、導線を通ってグイグイと銅板の方へ押し出されていきます。
3. 「電子の出口」があるから溶け続けられる導線の先には、電子を欲しがっている銅イオン（Cu^{2+}）が待っています。
亜鉛側： 電子が銅の方へ逃げていくので、亜鉛板に電子が溜まらない。
結果： 邪魔者がいなくなったので、亜鉛は次々とイオンになって溶け出すことができる。つまり、亜鉛が溶けるのは「硫酸亜鉛水溶液に入っているから」ではなく、「イオン化傾向の小さい銅（の側のイオン）が電子を受け取ってくれるおかげで、亜鉛が心置きなくイオンになれるから」というわけです。
ダニエル電池の様子
この化学反応は一体どれくらい続くのでしょうか？同僚のY先生が、このダニエル電池に小さなプロペラをつないでなんと４日間放置してみました。するとなんと４日間ずっとプロペラが回り続けていたのです！
4日後、金属板はどうなった？
さて、これだけ長い間電気が流れたということは、金属板には相当な変化が起きているはずです。4日後の様子を詳しく観察してみましょう。
【＋極：銅板】
まずはプラス極の銅板です。実験する前と比較しましょう。実験前はこちらです。
実験後です。
これには感動しました！もともと平らだった銅板の表面に、何かがびっしりと付着しています。拡大してみると……。
キラキラとラメのように新しい銅がついています！ これは、水溶液の中にいた「銅イオン（Cu2+）」が、亜鉛板から流れてきた電子を受け取って、金属の「銅（Cu）」に戻った姿です。目に見えない電子のやり取りが、美しい結晶として姿を現す。これこそが化学の醍醐味です。
【－極：亜鉛板】ボロボロになった「犠牲」の姿
次にマイナス極の亜鉛板です。実験前はこちらです。
実験後はというと…
こちらは銅板とは対照的に、見る影もなくボロボロになっていました。触ると手が黒くなるほどです。拡大すると、そのすさまじさが分かります。
これは、金属の「亜鉛（Zn）」が電子を放り出して、「亜鉛イオン（Zn2+）」として水溶液に溶け出していった結果です。亜鉛が自ら身を削って溶けることで、電磁エネルギーを生み出していたわけですね。
下にボトボトと落ちていました。
なお、100円ショップのセロハンなどを使って、1人1人が手軽に試せる実験方法もこちらにまとめています。これは演示用として、班別実験はこちらがおすすめです。廃液も少なくすみます。
ダニエル電池は「充電」できるのか？
さて、このボロボロの姿を見て、「スマホのように充電すれば元通りになるのでは？」という鋭い疑問が浮かびます。実はこれ、科学者たちも研究してきたテーマです。「充電」とは、外部から電気を与えて化学反応を「逆再生」させること。気になって調べてみると、「ダニエル電池を充電するとどうなるか」という面白い論文を見つけました。
結論から言うと、ダニエル電池は充電には向きません。少しは充電もできるそうですが、ダニエル電池は「充電（二次電池）」としては不十分だったため、「使い切り（一次電池）」として歴史に名を刻みました。目に見える板の変化から、なぜ今の電池がリチウムイオン電池になったのかという歴史まで繋がっていく。ダニエル電池の世界、本当に奥が深いですね！
硫酸亜鉛水溶液は濃度が５％、硫酸銅水溶液は濃度が１７％、なぜ差をつける必要があるのだろう？
電池の電圧を大きくするには、「亜鉛が溶けやすく、銅イオンが析出しやすい環境」を作ってあげればよいからです。
硫酸亜鉛（負極側）を薄くする： 液中の Zn^{2+} が少ないほうが、亜鉛は「もっと溶け込もう」とする力が強まります。
硫酸銅（正極側）を濃くする： 液中に Cu^{2+} がたくさんあるほうが、銅板に「もっとくっつこう」とする力が強まります。
なぜセロハンが必要であったのだろうか。
セロハンには「液体は通さないが、イオンだけが通れる小さな穴」が開いています。これが必要な理由は主に2つあります。
① 反応物を物理的に引き離すためダニエル電池では、亜鉛（Zn）と銅イオンCu^{2+}を直接触れさせないことが重要です。セロハンで仕切ることで、亜鉛板が浸かっている硫酸亜鉛水溶液と、銅板が浸かっている硫酸銅水溶液が混ざるのを防いでいます。
もしセロハンがなく、2つの溶液が完全に混ざり合ってしまうと、「電池」としての役割を果たせなくなります。電流が外に流れなくなる通常、電池は「導線」を通して電子を移動させることで電気を取り出します。しかし、溶液が混ざると銅イオンCu^{2+}が直接亜鉛板の表面に衝突し、その場で電子を受け取ってしまいます。
\[Zn + Cu^{2+} \rightarrow Zn^{2+} + Cu\]
この「直接的な反応」が起こると、電子はわざわざ遠い導線を通る必要がなくなるため、外部に電流が流れなくなります。
② 電気を流し続けるため（電気的中性の維持）電池が作動すると、以下の変化が起こります。
負極側： 亜鉛が溶け出し、Zn^{2+}（プラスのイオン）が増えすぎてしまう。
正極側： 銅イオンが銅になって析出し、SO_4^{2-}（マイナスのイオン）が余ってしまう。
このままでは電気的なバランスが崩れ、すぐに電流が止まってしまいます。セロハンの穴を通り、イオンが行き来することで、このバランスを保ち（電気的中性）、回路を完成させています。
セロハンではなく、完全な仕切りにするとなぜ電池として役割を果たさなくなります。なぜでしょうか。
電池が反応し始めると、溶液の中で以下のような変化が起こります。
亜鉛側（負極）： 亜鉛が溶け出してプラスのイオン（Zn^{2+}）が増える。溶液がプラスに偏る。あふれたプラス分が反対側へ押し出されます。
銅側（正極）： 銅イオンが減って、マイナスのイオン（SO_4^{2-}）が余る。溶液がマイナスに偏る。この余ったマイナス分が、プラスが不足している亜鉛板側へと引き寄せられます。
もし仕切りが完全だと、この「偏り」を解消できません。すると、すぐに次のような現象が起こります。
負極側： プラスに偏った溶液が、逃げていこうとする電子（マイナス）を強力に引き止める。
正極側： マイナスに偏った溶液が、やってくる電子（マイナス）を強力に反発して押し戻す。
この「引き止め」と「押し戻し」の力が、電池が電子を流そうとする力（起電力）と釣り合ってしまい、電子の流れがストップするのです。
お問い合わせ・ご依頼について
科学の不思議やおもしろさをもっと身近に！自宅でできる楽しい科学実験や、そのコツをわかりやすくまとめています。いろいろ検索してみてください！ ・科学のネタ帳の内容が本になりました。詳しくはこちら ・運営者の桑子研についてはこちら ・各種ご依頼（執筆・講演・実験教室・TV監修・出演など）はこちら ・記事の更新情報はXで配信中！
科学のネタチャンネルでは実験動画を配信中！
３月のイチオシ実験！
- 押し花を作ろう！：梅や桜の花の押し花を作ってみましょう。特別なケースに入れると、長く保存できて、しおりにもなります。
テレビ番組・科学監修等のお知らせ
- 「月曜から夜更かし」（日本テレビ）にて科学監修・出演しました。
- 2月27日放送予定「チコちゃんに叱られる」（NHK）の科学監修しました。
書籍のお知らせ
- 1/27 『見えない力と遊ぼう！電気・磁石・熱の実験』（工学社）を執筆しました。
- サクセス15 ２月号にて「浸透圧」に関する科学記事を執筆しました。
- 『大人のための高校物理復習帳』（講談社）…一般向けに日常の物理について公式を元に紐解きました。特設サイトでは実験を多数紹介しています。※増刷がかかり６刷となりました（2026/02/01）
- 『きめる!共通テスト 物理基礎 改訂版』（学研）… 高校物理の参考書です。イラストを多くしてイメージが持てるように描きました。授業についていけない、物理が苦手、そんな生徒におすすめです。特設サイトはこちら。
講師・ショー・その他お知らせ
- 3/20（金） 日本理科教育学会オンライン全国大会2026「慣性の法則の概念形成を目指した探究的な学びの実践」について発表します。B会場 第３セッション： 学習指導・教材（中学校）③ 11:20-12:20
- 7/18（土） 教員向け実験講習会「ナリカカサイエンスアカデミー」の講師をします。お会いしましょう。
- 10/10（土） 秘密兵器「帯電ガン」が炸裂！ビリビリ！ドキドキ！静電気サイエンスショー＠千葉市科学フェスタ（午後予定）
- 各種SNS X(Twitter)／instagram／Facebook／BlueSky／Threads
Explore
- 楽しい実験…お子さんと一緒に夢中になれるイチオシの科学実験を多数紹介しています。また、高校物理の理解を深めるための動画教材も用意しました。
- 理科の教材… 理科教師をバックアップ！授業の質を高め、準備を効率化するための選りすぐりの教材を紹介しています。
- Youtube…科学実験等の動画を配信しています。
- 科学ラジオ …科学トピックをほぼ毎日配信中！AI技術を駆使して作成した「耳で楽しむ科学」をお届けします。
- 講演 …全国各地で実験講習会・サイエンスショー等を行っています。
- About …「科学のネタ帳」のコンセプトや、運営者である桑子研のプロフィール・想いをまとめています。
- お問い合わせ …実験教室のご依頼、執筆・講演の相談、科学監修等はこちらのフォームからお寄せください。
