標準電池電位とは？
標準電池電位（記号：\(E^{\circ}_{cell}\)）とは、すべての物質が標準状態にあるときに電気化学電池（ガルバニ電池）が生み出す電圧のことです。標準状態とは、溶液の濃度が1 M、気体の圧力が1 atm（または1 bar）、温度が25 ℃（298.15 K）の条件を指します。\(E^{\circ}_{cell}\)は、酸化還元反応が外部回路を通して電子をどれだけ強く押し出そうとするかを直接示す指標です。\(E^{\circ}_{cell}\)が正の値であれば反応は自発的に進み、これは電池が有用な仕事をできることを意味します。
この計算ツールの使い方
まず、2つの半反応それぞれの標準還元電位を標準電位表で調べます（どちらも還元反応の形で表記されているものを使います）。次に、実際に還元が起こる電極（陰極＝カソード）の値と、酸化が起こる電極（陽極＝アノード）の値を入力してください。本ツールは陰極の値から陽極の値を差し引き、できあがった電池が自発的に反応するかどうかを判定します。
計算式の解説
用いる基本式は次の通りです。
$$E^{\circ}_{cell} = \text{E}^{\circ}_{cathode} - \text{E}^{\circ}_{anode}$$
ここで、E°陰極とE°陽極はどちらも電位表に載っている標準還元電位をそのまま使います。陽極の符号を自分で反転させる必要はありません。式の引き算が、酸化は還元の逆反応であるという事実をすでに織り込んでいるからです。自発的なガルバニ電池では、より正の還元電位を持つ半反応が常に陰極になります。
計算例
銅と亜鉛を使った代表的なダニエル電池を例に考えてみましょう。陰極では銅が還元され（\(E^{\circ} = +0.34\ \text{V}\)）、陽極では亜鉛が酸化されます（亜鉛の還元電位は\(E^{\circ} = -0.76\ \text{V}\)）。したがって、
$$E^{\circ}_{cell} = 0.34 - (-0.76) = 1.10\ \text{V}$$
1.10 Vは正の値なので、反応は自発的に進みます。亜鉛–銅電池が電池として機能するのは、まさにこのためです。
よくある質問
陽極の電位の符号を反転させる必要はありますか？ いいえ。両方とも標準還元電位のまま入力してください。式の中のマイナス記号が、自動的に符号の反転を処理してくれます。
\(E^{\circ}_{cell}\)が負の値だと何を意味しますか？ 負の値は、書かれた方向のままでは反応が自発的に進まないことを示します。反応を進めるには、外部電源による電気分解が必要になります。
\(E^{\circ}_{cell}\)は自由エネルギーとどう関係していますか？ 両者は\(\Delta G^{\circ} = -nFE^{\circ}_{cell}\)という式で結びついています。ここで\(n\)は移動する電子のモル数、\(F\)はファラデー定数です。\(E^{\circ}_{cell}\)が正であれば\(\Delta G^{\circ}\)は負となり、反応が自発的であることが裏付けられます。
