เซลล์กัลวานิก(ปฐมภูมิ)

          เซลล์กัลวานิกมี 2 ประเภทครับ คือ เซลล์ปฐมภูมิ กับเซลล์ทุติยภูมิครับ..  ในที่นี้จะพูดถึงเซลล์ปฐมภูมิก่อนนะครับ

เซลล์กัลวานิกแบบปฐมภูมิ คือเซลล์ที่ใช้หมดแล้วหมดเลย ไม่สามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับมาเป็นสารตั้งต้นได้อีก  ได้แก่

 

1.เซลล์ความเข้มข้น

          เป็นเซลล์กัลวานิกที่เกิดจากการนำครึ่งเซลล์ชนิดเดียวกันแต่มีความเข้มข้นต่างกันมาต่อกันเป็นเซลล์ เนื่องจากความเข้มข้นของไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์มีผลต่อศักย์ไฟฟ้าของของครึ่งเซลล์ เซลล์ความเข้มข้นเป็นเซลล์ที่มีความต่างศักย์น้อยมาก

2. เซลล์ถ่านไฟฉาย/เซลล์เลอคลังเช/เซลล์แห้ง

          เซลล์ไฟฟ้าชนิดนี้ถูกเรียกว่า เซลล์แห้ง เพราะไม่ได้ใช้ของเหลวเป็นอิเล็กโทรไลต์ เป็นเซลล์ที่ใช้ในไฟฉาย หรือใช้ในประโยชน์อื่น ๆ เช่น ในวิทยุ เครื่องคิดเลข ฯลฯ

กล่องของเซลล์ทำด้วยโลหะสังกะสีซึ่งทำหน้าที่เป็นขั้วแอโนด (ขั้วลบ) ส่วนแท่งคาร์บอนหรือแกรไฟต์อยู่ตรงกลางทำหน้าที่เป็นขั้วแคโทด (ขั้วบวก) ระหว่างอิเล็กโตรดทั้งสองบรรจุด้วยของผสมชื้นของแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH₄Cl) แมงกานีส (IV) ออกไซด์ (MnO₂) ซิงค์คลอไรด์ (ZnCl₂) ผงคาร์บอน ตอนบนของเซลล์ผนึกด้วยวัสดุที่สามารถรักษาความชื้นภายในเซลล์ให้คงที่ มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้
ที่ขั้วแอโนด (Zn-ขั้วลบ) Zn ถูกออกซิไดซ์กลายเป็น Zn²⁺

Zn(s) Zn²⁺(aq) + 2e^–

          ที่ขั้วแคโทด (C-ขั้วบวก) MnO₂จะถูกรีดิวซ์ ไปเป็น Mn₂O₃

2MnO₂(s) + 2NH₄⁺+(aq) + 2e^– Mn₂O₃(s) + H₂O(l) + 2NH₃ (aq)

          ดังนั้นปฏิกิริยารวมจึงเป็น

Zn(s) + 2MnO₂(s) + 2NH₄⁺(aq) Zn²⁺(aq) + Mn₂O₃(s) + 2NH₃(aq) + H₂O(l)

          แก๊ส NH₃ ที่เกิดขึ้นจะเข้าทำปฏิกิริยากับ Zn²⁺ เกิดเป็นไอออนเชิงซ้อนของ [Zn(NH₃)₄]²⁺ และ [Zn(NH₃)₂(H₂O)₂]²⁺ การเกิดไอออนเชิงซ้อนนี้จะช่วยรักษาความเข้มข้นของ Zn²⁺ ไม่ให้สูงขึ้น จึงทำให้ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เกือบคงที่เป็นเวลานานพอสมควร จากปฏิกิริยารวมจะสังเกตว่ามีน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ด้วย ดังนั้นเซลล์ที่เสื่อมสภาพจึงบวมและมีน้ำไหลออกมา และเซลล์แห้งนี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์

3. เซลล์อัลคาไลน์

          เซลล์แอลคาไลน์มีส่วนประกอบของเซลล์เหมือนกับเซลล์เลอคลังเช แต่มีสิ่งที่แตกต่างกันคือเซลล์แอลคาไลน์ใช้เบสซึ่งได้แก่โพแตสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) เป็นอิเล็กโทรไลต์แทนแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH₄Cl) และเนื่องจากใช้สารละลายเบสนี่เองเซลล์ชนิดนี้จึงถูกเรียกว่า เซลล์แอลคาไลน์

          ที่ขั้วแอโนด (Zn-ขั้วลบ)   Zn ถูกออกซิไดซ์

                    Zn(s) + 2OH^–(aq) ZnO(s) + H₂O(l) + 2e^–

          ที่ขั้วแคโทด (C-ขั้วบวก)   MnO₂จะถูกรีดิวซ์ ไปเป็น Mn₂O₃

                    2MnO₂(s) + H₂O(l) + 2e^– Mn₂O₃(s) + 2OH^–(aq)

          สมการรวม           Zn(s) + 2MnO₂(s) ZnO(s) + Mn₂O₃(s)

          เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แต่ให้กระแสไฟฟ้าได้มากกว่าและนานกว่าเซลล์แห้ง เพราะ OH^– ที่เกิดขึ้นที่ขั้วคาร์บอนสามารถนำกลับไปใช้ที่ขั้วสังกะสีได้

4. เซลล์ปรอท

          มีหลักการเช่นเดียวกับเซลล์แอลคาไลน์ แต่ใช้เมอร์คิวรี (II) ออกไซด์ (HgO) แทนแมงกานีส (IV) ออกไซด์ (MnO₂) เป็นเซลล์ที่มีขนาดเล็กใช้กันมากในเครื่องฟังเสียงสำหรับคนหูพิการ หรือใช้ในอุปกรณ์อื่น เช่น นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ ให้กระแสไฟฟ้าต่ำ แต่สามารถให้ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ตลอดอายุการใช้งาน มีปฏิกิริยาเคมีดังนี้

          ที่ขั้วแอโนด            Zn(s) + 2OH^–(aq) ZnO(s) + H₂O(l) + 2e^–

          ที่ขั้วแคโทด           HgO(s) + H₂O(l) + 2e^– Hg(l) + 2OH^–(aq)

          ปฏิกิริยารวม           Zn(s) + HgO(s) ZnO(s) + Hg(l)

5. เซลล์เงิน

          มีส่วนประกอบและหลักการเกิดปฏิกิริยาคล้ายกับเซลล์แอลคาไลน์ ใช้สังกะสีเป็นแอโนด และแผ่นเหล็กที่สัมผัสกับซิลเวอร์ออกไซด์เป็นแคโทด ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนั้

แอโนด :                                    Zn(s)  +  2OH–(aq)     ® ZnO(s) + H2O(l)+   2e–

แคโทด :                    Ag2O(s)  +  H2O(l)   +   2e–       ®     2Ag(s)  +  2OH–(aq) 

ปฏิกิริยารวม :                            Zn(s)   +   Ag2O(s)       ®     ZnO(s)  +  2Ag(l) 

 เซลล์เงินมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 V มีขนาดเล็ก มีอายุการใช้งานได้นาน แต่ราคาแพง ใช้กับกล้องถ่ายรูป เครื่องตรวจการเต้นของหัวใจ เครื่องช่วยฟัง

  

5. เซลล์เชื้อเพลิง ไฮโดรเจน-ออกซิเจน

          ประกอบด้วยแท่งคาร์บอนที่มีรูพรุน 2 แท่งทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้าที่ผิวของแท่งคาร์บอนมีผงแพลทินัมหรือแพลเลเดียมผสมยู่เพื่อทำหน้าที่เป็นตัว
เร่งปฏิกิริยา ขั้วไฟฟ้าทั้งสองจุ่มอยู่ในอิเล็กโทรไลต์ซึ่งอาจเป็นสารละลาย NaOH หรือ KOH

แอโนด :                      H2(g)  +  CO32–(l)      ®     H2O(l)   +   CO2   +   2e–

แคโทด :        O2(g)  +  CO2(g)   +   2e–      ®     CO32–(l)

ปฏิกิริยารวม :            2H2(g)   +   O2(g)      ®     2H2O(g)

เนื่องจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีการรับและการให้อิเล็กตรอน จึงทำให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้นด้วย เซลล์ประเภทนี้ถูกนำไปใช้ในยานอวกาศ เพราะนอกจากจะได้พลังงานไฟฟ้าแล้วยังได้น้ำเป็นน้ำดื่ม สำหรับนักบินอวกาศด้วย

6. เซลล์เชื้อเพลิง โพรเพน-ออกซิเจน

          เกิดจากการปล่อยแก๊สโพรเพนเข้าไปในขั้วแอโนด และแก๊สออกซิเจนในขั้วแคโทด มีสารละลายอิเล็กโทรไลต์คือสารละลายกรด ปฏิกิริยาคือ

แอโนด :    5O₂ (g) + 20H⁺ (aq) + 20e^– ——> 10H₂O(l)

แคโทด : C₃H₈(g) + 6H₂O(l) —–> 3CO₂(g) + 20H⁺ (aq)+ 20e^–(s)

ปฏิกิริยารวม : 5O₂ (g) + C₃H₈(g) —–> 3CO₂(g) + 4H₂O(l)