電気分解（でんきぶんかい）英語:Electrolysisは、化合物に電圧をかけることで、陰極で還元反応、陽極で酸化反応を起こして化合物を化学分解する方法である[1]。略して電解ともいう。同じ原理に基づき、電気化学的な酸化還元反応によって物質を合成する方法は電解合成と呼ばれ、特に生成物が高分子となる場合は電解重合という。

塩素やアルミニウムなど様々な化学物質が電気分解によって生産されている。水の電気分解は初等教育の中でも取り上げられる典型的な化学実験であるとともに、エネルギー源として期待される水素の製造法として研究が進められている。
目次

1 概要

2 歴史

3 要素

3.1 電極

3.2 電源電圧

3.3 電解槽

3.4 電解液


4 用途

5 脚注

6 外部リンク

概要

液体に2つの電極を接触させて電極間に電圧をかけると、液体中の化学種と電極との間で電子の受け渡しが起こり化学反応が進行する。このとき、電源の正極に接続した陽極（アノード）では化学物質から電子が奪われて酸化が起こり、反対に負極に接続した陰極（カソード）では化学物質に電子が与えられて還元が起こる。この結果、元の化学物質が化学分解する場合を電気分解という。電気分解により気体が生じたり、金属陽イオンが還元されて陰極上に析出したりする。

未反応の化学種が移動できるような系であれば電気分解が継続する。通常、分解したい化合物を含む電解質溶液や、高温にして融解させたイオン性物質の液体に電極を浸して電気分解を行う。後者の場合を特に溶融塩電解という。水蒸気電解のように固体電解質を用いて気体を電気分解することも行われる[2]。

電極間の電位差が十分に大きければ、様々な物質を電気分解できる。天然に産出するアルカリ金属の化合物やアルミナを電気分解すれば、イオン化傾向が大きい金属の単体を取り出すことができる。この方法は電気製錬と呼ばれる。溶錬炉で得られた粗銅の不純物は、硫酸銅水溶液中で行われる電解精錬により取り除かれる。
歴史

18世紀末にアレッサンドロ・ボルタによってボルタ電池が発明されると、化学反応への電気の利用の研究が開始された。1800年にはアンソニー・カーライル (Anthony Carlisle) とウィリアム・ニコルソン (William Nicholson) が初めて水の電気分解に成功した。

水の電気分解に刺激されたハンフリー・デービーは1806年に「結合の電気化学的仮説」を発表し、翌1807年には水酸化カリウムの電気分解によってカリウム単体を得ることに成功した。さらにデービーは同じ手法でナトリウム・カルシウム・ストロンチウム・バリウム・マグネシウムを次々と発見した。

デービーの研究を引き継いだマイケル・ファラデーはさらに電気分解の研究を進め、ファラデーの電気分解の法則をはじめ様々な発見をし、電気化学の基礎を築いた。
要素

電気分解では、電気を流すための電極、電圧を印加するための直流電源、電気分解する物質を入れる電解槽（電解セル）が必要となる。電解液は分解したい物質を溶媒に溶かした溶液か、加熱して融解させた溶融塩が用いられる。
電極

電極のうち、電源の負極と接続するものを陰極（カソード）、正極と接続するものを陽極（アノード）と呼ぶ。アノードの本来の意味は陰イオンが接近してくる電極で、カソードは陽イオンが接近してくる電極である[要出典]。そのため、本来アノード・カソードという名称は電解電極以外のために用いられるべきではない。正極や負極と書いてある事もあるが、正極と負極は直流電源の電極を指す用語であり間違いである。電極の材質は電気分解の生成物や過電圧に大きな影響を与える。工業的には安価で安定な炭素電極が、実験用には炭素の他に腐食されにくい白金や金などの貴金属電極がよく使われる。有意な反応速度を得るためや、選択的な反応を起こすためにはしばしば電極触媒が必要となる。用途によってはガス拡散電極が使われることもある[3]。
電源電圧

電気分解に必要な電源電圧は、目的物質の標準電極電位やネルンストの式、プールベダイアグラムなどから計算される理論電解電圧に、過電圧や液体の電気抵抗（溶液抵抗）を加えた値となる。