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