Latest Entries »

เซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ เซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี

เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้ว จุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมเหลว ขั้วไฟฟ้าทั้งสองต่อกับขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่

ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่าแอโนด และเป็นขั้วบวก ส่วนขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่าแคโทด และเป็นขั้วลบ

การนำเซลล์อิเล็กโทรไลต์ไปใช้

1. การแยกสารที่หลอมเหลวด้วยกระแสไฟฟ้า

เป็นการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในสารละลายทำให้เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ ดังตัวอย่างต่อไปนี้

   

 

สารละลาย CuSO4 เป็นอิเล็กโทรไลต์ ประกอบด้วย Cu2+ และ   มี H2O เป็นตัวทำละลายซึ่งอยู่ในรูปโมเลกุลที่เป็นกลางทางไฟฟ้า เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าจากแบตเตอรี เข้าไปในอุปกรณ์แยกสารละลายด้วยกระแสไฟฟ้า มีปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้
 

 

 

แคโทด (ขั้วที่ต่ออยู่กับขั้วลบของแบตเตอรี) 

ทั้ง Cu2+ และ H2O มีโอกาสรับอิเล็กตรอนจากแบตเตอรี แต่ค่า EO ของสองครึ่งปฏิกิริยาเป็นดังนี้

                  Cu2+(aq)   +   2e    ®     Cu(s)                                                  EO   =     +0.34 V 

                    2H2O(l)   +   2e    ®     H2(g)   +   2OH(aq)                            EO   =    -0.83 V

จากค่า EO แสดงว่า Cu2+ ในสารละลายรับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า H2O  ดังนั้น Cu2+  จึงเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้โลหะ Cu

แอโนด (ขั้วที่ต่ออยู่กับขั้วบวกของแบตเตอรี)

ในสารละลายมี  และ H2O  ที่มีโอกาสให้อิเล็กตรอนหรือเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน

H2แปลความหมายได้ว่า H2O  ให้อิเล็กตรอนได้ดีกว่า  ดังนั้นที่แอโนด H2O  จึงให้อิเล็กตรอนเกิดเป็น H+ กับแก๊ส O2 ซึ่งเมื่อทดสอบแก๊สที่เกิดขึ้นจะช่วยให้ไฟติด

 

ถึงแม้ในปฏิกิริยาจะมี H+ เกิดขึ้นด้วย และอาจรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นแก๊สไฮโดรเจน แต่เมื่อเปรียบเทียบค่า EO จากครึ่งปฏิกิริยาต่อไปนี้

                                     Cu2+(aq)   +   2e    ®     Cu(s)                                 EO   =     +0.34 V 

                                      2H+(aq)   +   2e    ®     H2(aq)                               EO   =     0.00 V

จากค่า EO แสดงว่า Cu2+ รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า H+ ดังนั้น H+ ไม่เกิดปฏิกิริยา ปฏิกิริยาการแยกสารละลาย CuSO4 ด้วยกระแสไฟฟ้าสรุปได้ดังนี้

แอโนด :                                           H2O(l)    ®     O2(g)   +   2H+(aq)   +   2e

แคโทด :                     Cu2+(aq)   +   2e    ®     Cu(s)

ปฏิกิริยารวม :     Cu2+(aq)   +   H2O(l)    ®     Cu2+(aq)   +   O2(g)   +   2H+(aq) 

 

เมื่อหาค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ในการทำอิเล็กโทรลิซิสสารละลาย CuSO4 โดยคิดจากผลต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานที่แคโทดกับแอโนดจะได้ผลดังนี้

   

2. การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟ้า

 

        เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปในเซลล์ ไอออนของโลหะในสารละลายที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าน้ำจะรับอิเล็กตรอนจากวัตถุ (ชิ้นงาน) ที่ต่ออยู่กับขั้วลบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแคโทด เกิดเป็นอะตอมของโลหะเคลือบติดอยู่ที่ผิวของวัตถุที่นำมาชุบ ขณะเดียวกันโลหะที่ขั้วบวกหรือแอโนดจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ไอออนของโลหะที่ละลายอยู่ในสารละลาย เพื่อชดเชยไอออนของโลหะที่เปลี่ยนแปลงไปเป็นอะตอมของโลหะขณะชุบ ดังนั้นแอโนดจะสึกกร่อนไป ส่วนแคโทดจะมีโลหะมาเกาะเพิ่มขึ้น



 

การจัดเซลล์เพื่อชุบโลหะมีหลักการดังนี้ 

1. นำวัตถุที่จะชุบไปต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรีหรือแคโทด ส่วนโลหะที่เป็นตัวชุบต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรีหรือเป็นแอโนด 

2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมีไอออนของโลหะชนิดเดียวกับโลหะที่เป็นแอโนดหรือโลหะที่ใช้ชุบ

3.  ใช้ไฟฟ้ากระแสตรงเพื่อให้ขั้วไฟฟ้าเป็นขั้วบวกและลบคงเดิม

 

 3. การทำให้โลหะบริสุทธิ์(ทองแดง)

         โลหะทองแดงที่ได้จากการถลุงจะมีความบริสุทธิ์ไม่เกิน 99% ที่เหลือเป็นสิ่งเจือปน เช่น Zn  Fe  Ag  และ Au จึงมีผลทำให้ทองแดงนำไฟฟ้าได้ลดลง ถ้าต้องการทำให้ทองแดงมีความบริสุทธิ์มากขึ้น สามารถนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น จะใช้หลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เพื่อแยกทองแดงให้บริสุทธิ์ได้ถึง 99.95%

การทำทองแดงให้บริสุทธิ์ ทำได้โดยนำทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์มาต่อเป็นขั้วแอโนดของเซลล์ และใช้ทองแดงบริสุทธิ์เป็นขั้วแคโทด ขั้วไฟฟ้าทั้งสองจุ่มอยู่ในสารละลายผสมของ CuSO4 และ H2SO4 เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมเข้าไปในเซลล์ Cu2+ ในสารละลายจะรับอิเล็กตรอนที่ขั้วแคโทดเกิดเป็นทองแดงบริสุทธิ์ ขณะเดียวกันที่ขั้วแอโนดโลหะทองแดงจะให้อิเล็กตรอนเกิดเป็น Cu2+ ละลายลงไปในสารละลาย ส่วนโลหะที่เจือปนอยู่กับทองแดง เช่น Fe  Zn  เป็นโลหะที่เสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่า Cu จึงถูกออกซิไดส์เป็น Fe2+ และ Zn2+ ปนอยู่ในสารละลาย ส่วนโลหะ Ag  Au  และ Pt เสียอิเล็กตรอนได้ยากกว่า Cu จะไม่ถูกออกซิไดส์ จึงตกตะกอนอยู่ที่ก้นภาชนะ

หลักการเช่นเดียวกับโลหะชนิดอื่นนะครับ

 

    จากที่ได้กล่าวไปแล้วครับ ว่าเซลล์กัลวานิกแบบปฐมภูมิคือเซลล์ที่ไม่สามารถนำมาใช้ใหม่ได้ หมดแล้วหมดเลย

แต่เซลล์กัลวานิกแบบทุติยภูมิคือเซลล์ที่สามารถประจุไฟให้นำกลับมาใช้ใหม่ได้อีกครั้ง

เซลล์กัลวานิกแบบทุติยภูมิได้แก่..

1. เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว/แบตเตอรี่

          ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าเป็นตะกั่ว เปลือกหุ้มเป็นพลาสติก มีกรดซัลฟิวริกเป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์ชนิดนี้ในตอนแรกจะไม่มีความต่างศักย์ระหว่างขั้วทั้งสองข้าง เนื่องจากเป็นโลหะ Pb ทั้งสองด้าน ดังนั้นการสร้างเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วจะต้องทำให้ผิวของตะกั่วมีศักย์ไฟฟ้าต่างกัน

การประจุไฟครั้งแรก 

ต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเข้ากับขั้วไฟฟ้าของเซลล์ดังรูป อิเล็กตรอนจากขั้วลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงจะมายังขั้ว B ไฮโดรเจนไอออนในสารละลายซึ่งมีค่า  EO สูงกว่าน้ำจะรับอิเล็กตรอนที่ขั้ว B ดังนี้

แก๊ส H2 ที่เกิดขึ้นไม่ทำปฏิกิริยากับขั้ว B แผ่นตะกั่วจึงไม่เปลี่ยนแปลง ส่วนที่ขั้ว A ซึ่งต่อกับกับขั้วบวกของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง H2O ให้อิเล็กตรอนได้ดีกว่า SO42– จึงเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้แก๊ส O2 ซึ่งไปออกซิไดส์แผ่นตะกั่ว A เกิดเป็น PbO2 ซึ่งเป็นสารสีน้ำตาลเข้มเคลือบที่ผิวตะกั่ว เรียกว่าการประจุไฟครั้งแรก เขียนสมการได้ดังนี้

 


 

 

ขั้ว B (แคโทด) :     2H+(aq)   +   2e        ®     H2(g)

ขั้ว A (แอโนด) :     2H2O(l)        ®     4H+(aq)   +   O2(g)   +   4e

                           Pb(s)   +  O2(g)        ®     PbO2(s) 

ปฏิกิริยารวมที่ขั้ว A (แอโนด) : 

         2H2O(l)   +   Pb(s)        ®     PbO2(s)   +   4H+(aq)   +   4e

 

การจ่ายไฟครั้งแรก 

เมื่อนำเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วไปต่อวงจรเพื่อใช้งาน พบว่าเข็มของโวลต์มิเตอร์เบนจากขั้ว B เข้าหาขั้ว PbO2 อ่านค่าความต่างศักย์ได้ประมาณ 2 V ขณะจ่ายไฟที่ขั้ว A และ B จะมีสารสีขาวซึ่งไม่ละลายน้ำคือ PbSO4 เกิดขึ้นเรื่อย ๆ ทำให้เกิดความเข้มข้นของ H2SO4 ลดลง ในที่สุดเมื่อขั้วไฟฟ้าทั้งสองมี PbSO4 เหมือนกัน ทำให้ศักย์ไฟฟ้าทั้งสองขั้วเท่ากัน จะไม่สามารถจ่ายไฟได้อีก  ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

 

 

 

ขั้ว B (แอโนด) :                   Pb(s)   +   SO42–(aq)        ®     PbSO4(s)

ขั้ว A (แคโทด) :                                                         

      PbO2(s)  +  4H+(aq)  +  SO42–(aq)  +  2e        ®     PbSO4(s)   +   2H2O(l)

ปฏิกิริยาของเซลล์ :

Pb(s)  +  PbO2(s)  +  4H+(aq)  +  2SO42–(aq)        ®     2PbSO4(s)   +   2H2O(l)

 

  

 การประจุไฟครั้งที่ 2 

เมื่อจ่ายไฟหมดจะนำเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วไปประจุไฟอีกครั้ง โดยต่อขั้วลบของเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรงเข้ากับขั้ว B และต่อขั้วบวกเข้ากับขั้ว A จะเกิดปฏิกิริยาในทิศทางตรงกันข้ามกับการจ่ายไฟดังนี้

 

 

ขั้ว B (แคโทด) :                

 PbSO4(s)   +   2e    ®     Pb2+(aq)   +   SO42–(aq)

ขั้ว A (แอโนด) :          

 PbSO4(s)   +   2H2O(l)    ®     PbO2(s)  +  SO42–(aq)  +  4H+(aq)  +  2e

ปฏิกิริยารวม :

2PbSO4(s)   +   2H2O(l)    ®     Pb(s)  +  PbO2(s)  +  4H+(aq)  +  2SO42–(aq)

 

เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว ให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 2 V เมื่อนำหลายเซลล์มาต่อกันแบบอนุกรม จะได้ศักย์ไฟฟ้าเพิ่มขึ้น แม้ว่าเซลล์แบบนี้จะประจุไฟใหม่ได้ แต่ก็มีอายุการใช้งานระยะเวลาหนึ่งเท่านั้น เนื่องจาก PbSO4 ที่เกิดจากปฏิกิริยาขณะจ่ายไฟจะหลุดออกจากแผ่นตะกั่วตกอยู่ที่ก้นภาชนะ ทำให้แผ่นตะกั่วสึกกร่อนไปเรื่อย ๆ และเสื่อมสภาพไม่สามารถใช้ได้อีก 

 

2. เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม

          มีโลหะเมียมเป็นแอโนด นิกเกิล (IV) ออกไซด์เป็นแคโทด และมีสารละลายเบสเป็นอิเล็กโทรไลต์ เซลล์นิแคดให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.4 โวลต์ เมื่อใช้งานจนศักย์ไฟฟ้าลดต่ำลงแล้วสามารถนำมาประจุไฟได้ใหม่ ปฏิกิริยาในระหว่างการประจุไฟจะเกิดย้อนกลับกับปฏิกิริยาการจ่ายไฟ เซลล์นิแคดจึงมีข้อดีที่สามารถใช้ได้เป็นระยะเวลานาน

อโนด: Cd(s) + 2OH(aq)  Cd(OH)2(s) + 2e
แคโทด: NiO2(s) + 2H2O(l) + 2e  Ni(OH)2(s) + 2OH(aq)

 ปฏิกิริยารวม: Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s)

  

3. เซลล์โซเดียม-ซัลเฟอร์

           เซลล์โซเดียม–ซัลเฟอร์ ใช้โซเดียมเหลวเป็นแอโนด และกำมะถันเหลว (ผสมผงแกรไฟต์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการนำไฟฟ้า) เป็นแคโทด มีบีตาอะลูมินาของผสมของออกไซด์ของโลหะ(Al , Mg , Na) ที่ยอมให้ Na+ เคลื่อนที่ผ่านได้เป็นอิเล็กโทรไลต์ ระหว่างครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันกับครึ่งปฏิกิริยารีดักชันคั่นด้วยเซรามิกที่มีรูพรุนเล็ก ๆ เพื่อให้โซเดียมไอออนผ่าน ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วไฟฟ้าเป็นดังนี้

แอโนด :               2Na (l)    ®     2Na+(aq)   +   2e

แคโทด :                S8(l)   +   2e    ®     n S2–(l)

ปฏิกิริยารวม :          2Na(s)   +   S8(l)    ®     Na2 Sn(l)

 

เซลล์สะสมไฟฟ้าชนิดนี้ให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 2.1 V และสามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับมาเป็นสารตั้งต้นได้โดยการประจุหรืออัดไฟเช่นเดียวกับเซลล์ทุติยภูมิชนิดอื่น มีอายุการใช้งานนานกว่าเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบ แต่ต้องควบคุมอุณหภูมิของเซลล์ให้ได้ประมาณ 250OC เพื่อทำให้สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์อยู่ในสภาพหลอมเหลว

 



          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) 

เซลล์กัลวานิก คือ เซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า

ส่วนประกอบของเซลล์ได้แก่

       1. สารละลายที่รับและจ่ายอิเล็กตรอน

       2. ขั้วแคโทดและแอโนด

       3. สะพานเกลือหรือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทำหน้าที่รักษาสมดุล

แผนภาพของเซลล์กัลวานิกเขียนได้ดังนี้

                             ขั้วแอโนด | สารละลาย || สารละลาย | ขั้วแคโทด

หลักการเขียนคือ 1. ฝั่งที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอยู่ทางซ้าย

                               2. สารต่างสถานะกันให้แยกด้วย | แต่ถ้าสถนะเดียวกันให้ใช้ ,

 

ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (E0)

        คือค่าที่แสดงแรงเคลื่อนไฟฟ้าของเซลล์กัลวานิกเมื่นำไปใช้จริง

ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์=ศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์แคโทด-ศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์แอโนด

        ในกรณีที่คำนวณค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ออกมาติดลบ แสดงว่าปฏิกิริยานั้นไม่สามารถเกิดได้จริง

 

ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์

         คือค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์เมื่อเปรียบเทียบกับครึ่งเซลล์มาตรฐานโดยใช้ครึ่งเซลล์  รีดัคชัน

* ครึ่งเซลล์มาตรฐานคือครึ่งเซลล์ของ H กำหนดให้มีค่าศักย์ไฟฟ้า=0

* ครึ่งเซลล์ที่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาก แสดงว่ารับอิเล็กตรอนได้ดี

* ครึ่งเซลล์ที่มีค่าศักย์ไฟฟ้าต่ำ แสดงว่าให้อิเล็กตรอนได้ดี

       เพราะว่าสมการรีดอกซ์ จำเป็นต้องคิดถึงจำนวนการให้และรับอิเล็กตรอนของปฏิกิริยาด้วย

การดุลสมการรีดอกซ์มีอยู่ 2 วิธี

…ผมจะยกตัวอย่างพร้อมกับอธิบายหลักการของแต่ละวิธีไปเลยนะครับ คิดว่ามันน่าจะเข้าใจง่ายมากขึ้น

      วิธีที่ 1 คือ การใช้เลขออกซิเดชัน

ในสารละลายที่เป็นกรด..        BiO3 + Mn2+ Bi3+ + MnO4

1. หาเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นของตัวรีดิวซ์ และเลขออกซิเดชันที่ลดลงของตัวออกซิไดซ์

     2. ทำเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น และลดลงให้เท่ากัน โดยเขียนเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นไว้ข้างหน้าตัวออกซิไดซ์ และเลขออกซิเดชันที่ลดลงไว้หน้าตัวรีดิวซ์

                5BiO3 + 2Mn2+ Bi3+ + MnO4

     3. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน

                5BiO3 + 2Mn2+ 5Bi3+ + 2MnO4

     4. ดุลประจุรวมทางซ้ายและทางขวาของสมการให้เท่ากัน โดยเติม H+

                5BiO3 + 2Mn2+ + 14H+ 5Bi3+ + 2MnO4

     5. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุออกซิเจนและไฮโดรเจนด้วยการเติม H2 

         5    5BiO3 + 2Mn2+ + 14H+ 5Bi3+ + 2MnO4 + 7H2O

     6. ตรวจสอบความถูกต้องของสมการ

ในสารละลายที่เป็นเบส..        Zn + MnO4 Zn2+ + MnO2

1. หาเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นของตัวรีดิวซ์ และเลขออกซิเดชันที่ลดลงของตัวออกซิไดซ์

     2. ทำเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น และลดลงให้เท่ากัน โดยเขียนเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นไว้ข้างหน้าตัวออกซิไดซ์ และเลขออกซิเดชันที่ลดลงไว้หน้าตัวรีดิวซ์

                3Zn + 2MnO4 Zn2+ + MnO2

     3. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน

                3Zn + 2MnO4 3Zn2+ + 2MnO2

     4. ดุลประจุรวมทางซ้ายและทางขวาของสมการให้เท่ากัน โดยเติม OH

                3Zn + 2MnO4 3Zn2+ + 2MnO2 + 8OH

     5. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุออกซิเจนและไฮโดรเจนด้วยการเติม H2O

                3Zn + 2MnO4 + 4H2O 3Zn2+ + 2MnO2 + 8OH

      6. ตรวจสอบความถูกต้องของสมการ

       วิธีที่ 2 คือ การใช้ครึ่งปฏิกิริยา

ในสารละลายกรด..     BiO3 + Mn2+ + H+ MnO4+ Bi3+ + H2 O

1. หาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนไปของตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์

               BiO3 + Mn2+ + H+ MnO4+ Bi3+ + H2 O

          Bi มีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไปจาก +5 เป็น +3 มีเลขออกซิเดชันลดลง แสดงว่าเกิดปฏิกิริยารีดักชันโดยมี BiO3 เป็นตัวออกซิไดซ์
          Mn มีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไปจาก +2 เป็น +7 มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น แสดงว่าเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยมี Mn2+ เป็นตัวรีดิวซ์

     2. แยกปฏิกิริยารีดอกซ์ออกเป็นครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน

          ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:    Mn2+ MnO4

          ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:          BiO3 Bi3+

          2.1 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:     Mn2+ MnO4

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:           BiO3 Bi3+

          2.2 ดุลจำนวนประจุของอะตอมที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันให้เท่ากันโดยการเติมอิเล็กตรอน

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Mn2+ MnO4 + 5e

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            BiO3 + 2e Bi3+

          2.3 ดุลอะตอมของ O โดยเติม H2O

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Mn2+ + 4H2O MnO4 + 5e

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            BiO3 + 2e Bi3+ + 3H2O

          2.4 ดุลอะตอมของ H โดยเติม H+

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Mn2+ + 4H2O MnO4 + 5e + 8H+

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            BiO3 + 2e + 6H+ Bi3+ + 3H2O

     3. ทำจำนวนอิเล็กตรอนของทั้งสองครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน

          ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:    Mn2+ + 4H2O MnO4 + 5e + 8H+                  x 2

                                                2Mn2+ + 8H2O 2MnO4 + 10e + 16H+

          ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:         BiO3 + 2e + 6H+ Bi3+ + 3H2                      x 5

                                                5BiO3 + 10e + 30H+ 5Bi3+ + 15H2O
     4. รวมสองครึ่งปฏิกิริยา

                5BiO3 + 2Mn2+ + 14H+ 2MnO4 + 5Bi3+ + 7H2O

     5.  ตรวจสอบความถูกต้องของสมการ

 ในสารละลายเบส..      Zn + MnO4 + H2O Zn2++ MnO2 + OH

1. หาเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนไปของตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์

                Zn + MnO4 + H2O Zn2++ MnO2 + OH

          Zn มีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไปจาก 0 เป็น +2 มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น แสดงว่าเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันโดยมี Zn เป็นตัวรีดิวซ์
          Mn มีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไปจาก +7 เป็น +4 มีเลขออกซิเดชันลดลง แสดงว่าเกิดปฏิกิริยารีดักชันโดยมี MnO4 เป็นตัวออกซิไดซ์

     2. แยกปฏิกิริยารีดอกซ์ออกเป็นครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน

          ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+

          ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            MnO4 MnO2

          2.1 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            MnO4 MnO2

          2.2 ดุลจำนวนประจุของอะตอมที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันให้เท่ากันโดยการเติมอิเล็กตรอน

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+ + 2e

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            MnO4 + 3e MnO2

          2.3 ดุลประจุของครึ่งปฏิกิริยา โดยเติม OH

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+ + 2e

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            MnO4 + 3e MnO2 + 4OH

          2.4 ดุลอะตอมของ H และ O โดยเติม H2O

                 ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+ + 2e

                 ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:            MnO4 + 3e + 2H2O MnO2 + 4OH

     3. ทำจำนวนอิเล็กตรอนของทั้งสองครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน

          ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน:      Zn Zn2+ + 2e                                              x 3     

                                                  3Zn 3Zn2+ + 6e

          ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน:           MnO4 + 3e + 2H2O MnO2 + 4OH             x 2

                                                  2MnO4 + 6e + 4H2O 2MnO2 + 8OH  

     4. รวมสองครึ่งปฏิกิริยา

                 3Zn + 2MnO4 + 4H2O 3Zn2+ + 2MnO2 + 8OH

          5.  ตรวจสอบความถูกของสมการ

ปฏิกิริยารีดอกซ์ คือ ปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน

ปฏิกิริยารีดอกซ์ ประกอบด้วย 2 ครึ่งปฏิกิริยาคือ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และปฏิกิริยารีดัคชัน

สรุปง่ายๆว่า  ออกซิเดชัน+รีดัคชัน=รีดอกซ์  นะครับ

          ปฏิกิริยาออกซิเดชัน คือ ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นให้อิเล็กตรอนแล้วทำให้มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น สารที่ให้อิเล็กตรอนเรียก ตัวรีดิวซ์ หรือตัวถูกออกซิไดส์

          ปฏิกิริยารีดัคชัน คือ ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นรับอิเล็กตรอนแล้วทำให้มีเลขออกซิเดชันลดลง สารที่รับอิเล็กตรอนเรียก ตัวออกซิไดส์ หรือตัวถูกรีดิวซ์

ตัวอย่างครับ        Zn  +  Cu2+(aq)     –>           Zn2+(aq)  +  Cu(s)

    ปฏิกิริยาออกซิเดชันคือ   Zn             –>              Zn2+  +  2e-

   

     ปฏิกิริยารีดัคชันคือ         Cu2+  +  2e-              –>            Cu(s)

    

     ตัวรีดิวซ์คือ Zn

     ตัวออกซิไดส์คือ Cu2+

 

เลขออกซิเดชัน คือ ตัวเลขที่แสดงค่าทางประจุไฟฟ้าหรือประจุสมมติของธาตุนั้นๆ

หลักในการคิดเลขออกซิเดชันครับ

          1. ในสารประกอบของ  ธาตุหมู่ I                     = +1

                                                  ธาตุหมู่ II                   = +2

                                                  ธาตุหมู่ III                 =+3

                                                  ธาตุหมู่ IV                  =-4 ถึง +4

                                                  ธาตุหมู่ V                    = -3 ถึง +5

                                                  ธาตุหมู่ VI                  =-2 ถึง +6

                                                  ธาตุหมู่ VII                = -1 ถึง +7

          2. ธาตุอิสระ และสารประกอบที่เป็นกลางที่เลขออกซิเดชัน =0

          3. เลขออกซิเดชันของไอออนมีค่าเท่ากับประจุของไอออนนั้นๆ

          4. ธาตุ H (ไฮโดรเจน) มีเลขออกซิเดชัน=+1 ยกเว้น ธาตุคู่ของโลหะเช่น NaH  

               CaH จะเท่ากับ-1ครับ

                     *สังเกตง่ายๆครับ ถ้าHอยู่ด้านหลังของสูตรเคมีเลขออกซิเดชัน=-1ครับ

         5. ธาตุ O (ออกซิเจน) มีเลขออกซิเดชัน=-2 ยกเว้นสารประกอบเปอร์ออกไซด์เช่น

              H2O2 จะเท่ากับ-1ครับ

สวัสดีครับ ผมชื่อกษิดิ์เดช เป็นนักเรียนโรงเรียนดังย่านบางเขน ซึ่งคือโรงเรียนสาธิตเกษตรครับ อยู่ระดับชั้นมัธยมศึกษาปีที่5 แผนการเรียนวิทยาศาสตร์กลุ่ม1ครับ บล็อกนี้ถูกตั้งขึ้นเพื่อเปนสื่อการเรียนการสอนในเรื่องไฟฟ้าเคมีครับ ดังนั้นหากมีเพื่อนๆพี่ๆน้องคนไหน มีคำถามเกี่ยวกับเรื่องไฟฟ้าเคมีก็สามารถทิ้งคำถามของคุณไว้ในบล็อกนี้ได้เลยครับ ขอบคุณครับ