แบบทดสอบ

1. ถ้าทดลองจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลายซิลเวอร์ไนเตรต สังเกตพบว่าสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็นสีฟ้า ข้อสรุปใดถูกต้อง

ก.  โลหะทองแดงเป็นตัวออกซิไดส์                         

ข.  ซิลเวอร์ไอออนเป็นตัวรีดิวซ์

ค.  เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังนี้                                         

ง.  ปฏิกิริยารีด็อกซ์ที่เกิดขึ้น คือ        

2. ทดลองจุ่มลวดแมกนีเซียมลงในสารละลายคอปเปอร์(II)ซัลเฟต ปรากฏว่าเกิดการปฏิกิริยา แต่ถ้าจุ่มลวดทองแดงลงใน

    สารละลายแมกนีเซียมซัลเฟต ไม่เกิดปฏิกิริยา ข้อสรุปใดต่อไปนี้ถูกต้อง

ก.  ลวดทองแดงเสียอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าลวดแมกนีเซียม

ข.  คอปเปอร์(II)ไอออนรับอิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าแมกนีเซียมไอออน

ค.  ลวดทองแดงแถูกรีดิวซ์ได้ง่ายกว่าลวดมกนีเซียม

ง.  ลวดแมกนีเซียมถูกออกซิไดส์ได้ง่ายกว่าลวดทองแดง

กำหนดข้อมูลดังต่อไปนี้ แล้วตอบคำถามข้อ 7-8

        การทดลองครั้งหนึ่ง ได้ผลดังนี้

  1. จุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลายโครเมียม(III)ซัลเฟต เกิดปฏิกิริยา

  2. จุ่มโลหะโครเมียมลงในสารละลายไอร์ออน(II)ซัลเฟต เกิดปฏิกิริยา

  3. จุ่มโลหะ แคดเมียมลงในสารละลายโครเมียม(III)ซัลเฟต ไม่เกิดปฏิกิริยา

  4. จุ่มโลหะเหล็กลงในสารละลายซิงค์ซัลเฟตไม่ เกิดปฏิกิริยา

 5. จุ่มโลหะแคดเมียมลงในสารละลายไอร์ออน(II)ซัลเฟต ไม่เกิดปฏิกิริยา

3. การเรียงลำดับความสามารถในการเสียอิเล็กตรอนของโลหะในข้อใดถูกต้อง

ก.  สังกะสี โครเมียม  เหล็ก  แคดเมียม

ข.  โครเมียม  เหล็ก  แคดเมียม สังกะสี  

ค.  เหล็ก สังกะสี โครเมียม แคดเมียม

ง.  แคดเมียม เหล็ก โครเมียม สังกะสี    

4. กำหนด ความสามารถในการรีดิวซ์ของโลหะ 4 ชนิด เป็นดังนี้

    ข้อความใดถูกต้อง

ก.  A  ถูกรีดิวซ์ได้ดีกว่า B                                            ข.  B  ถูกออกซิไดส์ได้ดีกว่า A

ค.   ถูกออกซิไดส์ได้ดีกว่า                                            ง.   ถูกรีดิวซ์ได้ดีกว่า

เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical cell)

เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical view) คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์ทางเคมีที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือไฟฟ้าเป็นเคมี

เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท เซลล์เงิน แบตเตอรี่

2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น เช่น เซลล์แยกน้ำด้วยไฟฟ้า การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

1. ขั้วไฟฟ้า มี 2 ชนิด

    1.1 ขั้วว่องไว (Active electrode) ได้แก่ ขั้วโลหะทั่วไป เช่น Zn Cu Pb ขั้วพวกนี้บางโอกาสจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาด้วย

    1.2 ขั้วเฉื่อย (Inert electrode) คือ ขั้วที่ไม่มีส่วนร่วมใดๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น Pt C(แกรไฟต์)

    ในเซลล์ไฟฟ้าปกติ จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วเสมอ ดังนี้

             1. ขั้วแอโนด (Anode) คือ ขั้วที่เกิดออกซิเดชัน

              2. ขั้วแคโทด (Cathode) คือ ขั้วที่เกิดรีดักชัน 

2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte)

อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) คือ สารที่มีสถานะเป็นของเหลว นำไฟฟ้าได้ เพราะมีไอออนเคลื่อนที่ไปมาอยู่ในสารละลาย

สารละลายอิเล็กโทรไลต์ มี 2 ชนิดคือ

1. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลาย NaCl

2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ   เซลล์กัลวานิก หรือเซลล์วอลตาอิก(Voltaic cell)

เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า ประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2 ครึ่งเซลล์มาต่อกัน และเชื่อมให้ครบวงจรโดยใช้สะพานไอออนต่อระหว่างครึ่งเซลล์ไฟฟ้าทั้งสอง

ไฟฟ้าเคมี

          การศึกษาเรื่องไฟฟ้าเคมี  เป็นการศึกษาความสัมพันธ์เกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าและการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในสารเคมีเพื่อทำให้เกิดปฏิกิกริยาเคมี ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนี้เรียกว่าปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี 

         ในบทนี้จะได้ศึกษาว่าปฏิกิริยาทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร และในทางกลับกันกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีได้อย่างไรมีการเปลี่ยนแปลงใดเกิดขึ้นกับระบบ นอกจากนี้จะได้ศึกษาเกี่ยวกับประโยชน์ของปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมีที่เกี่ยวข้องกับชีวิตประจำวัน ตลอดจนเทคโนโลยีใหม่ๆ ที่เป็นความก้าวหน้าของไฟฟ้าเคมี

9.1 ปฏิกิริยารีดอกซ์

    ปฏิกิริยาเคมีได้ศึกษาผ่านมาแล้วมีหลายประเภท  เช่น  ปฏิกิริยาการรวมตัว ปฏิกิริยา การแทนที่  ปฏิกิริยากรดกับเบส  เมื่อพิจารณาเลขออกซิเดชันของสารในปฏิกิริยาเหล่านี้   จะพบว่าสารในปฏิกิริยาบางชนิดไม่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันแต่ปฏิกิริยาบางชนิดสารมีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันปฏิกิริยาการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสารที่ทำ   ปฏิกิริยากันเกิดขึ้นได้อย่างไร  ศึกษาจากการทดลองต่อไปนี

                              ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายของโลหะไอออน

         1.  ใส่สารละลายCuSO₄  1 mol/dm ³  ลงในบีกเกอร์2 ใบ ใบละ 25 cm   สังเกตสีของสารละลาย

         2. จุ่มโลหะสังกะสีขนาด 0.5   cm × 7 cm และทองแดงขนาดเดียวกัน ลงในบีกเกอร์ใบที่1 และ 2 ตั้งไว้สักครู่ สังเกต

              การณ์เปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในสารละลายและแผ่น      โลหะ ถ้ามีสารมาเกาะบนแผ่นโลหะให้ใช้แท่งแก้วเขี่ย 

               ออก และสังเกตผิวของโลหะ อีกครั้ง

          3.  ทำการทดลองเช่นเดียวกับข้อ1 และ2   แต่ใช้สารละลาย ZnSO₄   1 mol/dm³  แทนสารละลายCuSO₄

       เมื่อจุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลาย  ZnSO₄  ซึ่งประกอบด้วย   Zn²⁺  กับ  SO₄^2-    และจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย    CuSO₄   ซึ่งประกอบด้วย  Cu²⁺     กับ  SO₄^2-       เป็นการจุ่มโลหะลงในสารละลายที่มีไอออนของโลหะชนิดนั้นผลการทดลองพบว่าสังเกตไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง   แสดงว่าไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี

       เมื่อจุ่มโลหะลงในสารละลายที่มีไอออนของโลหะต่างชนิดกัน  เช่น    การจุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลาย  CuSO₄  ที่ประกอบด้วย  Cu²⁺   กับ   SO₄^2-      ซึ่งมีสีฟ้าและ  ซึ่งไม่มีสี  ปรากฏว่ามีสารสีน้ำตาลแดงมาเกาะที่แผ่นโลหะสังกะสีส่วนที่จุ่มอยู่ในสารละลาย  เมื่อใช้แท่งแก้วเขี่ยให้สารสีน้ำตาลแดงหลุดออกพบว่าผิวของโลหะสังกะสีกร่อนและบางลง  อธิบายได้ว่า เนื่องจากโลหะสังกะสีให้อิเล็กตรอนแล้วเกิดเป็น  Zn²⁺   อยู่ในสารละลาย   เขียนสมการแสดงการเปลี่ยนแปลงได้ดังนี้

                  Zn(s)                        Zn²⁺   (aq) + 2 e-   ……… (1)

         ส่วนสารสีน้ำตาลแดงที่อยู่บนผิวของโลหะสังกาสีควรเป็นโลหะทองแดง   ซึ่งเกิดจาก Cu²⁺    ในสารละลายรับอิเล็กตรอนจากโลหะสังกะสี  นอกจากนี้ยังพบอีกว่าถ้าแช่โลหะสังกะสีในสารละลาย  CuSO₄ สารละลายสีฟ้าละจางลง  แสดงการเปลี่ยนแปลงได้ดังนี้

                Cu²⁺ (aq) +2e-                                  Cu(s)   .............. (2)

           เมื่อพิจารณา  (1)  และ (2)   ควรสังเกตได้ว่าเป็นปฏิกิริยาที่สารมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน โดยโลหะสังกะสีให้อิเล็กตรอนและ Cu²⁺   ในสารละลายรับอิเล็กตรอนนอนอกจากนี้เลขออกซิเดชันของสารที่เป็นผลิตภัณฑ์ก็มีค่าแตกต่างจากสารตั้งต้นในปฏิกิริยาที่มีสารหนึ่งให้อิเล็กตรอนแล้วมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นจะเรียกว่าเกิด  

      ออกซิเดชัน   ส่วนปฏิกิริยาที่อีกสารหนึ่งรับอิเล็กตรอนแล้วมีเลขออกซิเดชันลดลงจะเรียกว่าเกิด  ดักชัน   ปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันจัดเป็นเพียง    ครึ่งปฏิกิริยา   ที่เกิดขึ้นพร้อมกันจะได้   ปฏิกิริยารีดอกซ์   ดังสมการ

         Zn(s) + Cu²⁺ (aq)                                    Zn²⁺ (aq) +Cu(s)

      

            นอกจากนี้ยังกำหนดว่า   ในปฏิกิริยารีดอกซ์    สาร ที่รับอิเล็กตรอนจารสารอื่นแล้วมีเลขออกซิเดชันลดลงเรียกว่า    ตัวออกซิไดส์    ส่วนสารที่ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่นแล้วมีเลข             ออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเรียกว่า   ตัวรีดิวซ์   ดังนั้นในระบบที่มีโลหะสังกะสีจุ่มอยู่ในสารละลาย CuSO₄   ซึ่งพบว่าโลหะ Zn ให้อิเล็กตรอนเกิดเป็น  Zn²⁺   Zn   จึงเป็นตัวรีดิวซ์ ส่วนCu²⁺ ในสารละลายรับอิเล็กตรอนเกิดเป็นโลหะทองแดง Cu²⁺     จึงเป็นตัวออกซิไดส์

             ถ้าพิจารณาระที่มีโลหะทองแดงจุ่มในสารละลาย   ZnSO₄  ซึ่งมี  Zn²⁺  และ  SO₄^2-  พบว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้น    แสดงว่าโลหะทองแดงไม่ให้อิเล็กตรอนแก่  Zn²⁺ ในสารละลายไม่สามารถรับอิเล็กตรอนจากโลหะทองแดงได้

             การการศึกษาปฏิกิริยาระหว่างโลหะสังกะสีกับสารละลาย  CuSO₄  และ   โลหะทองแดงกับสารละลาย   ZnSO₄   ทำให้ทราบว่าความสามารถในการให้อิเล็กตรอนของโลหะทั้งสองชนิดไม่เท่ากัน   โดยโลหะสังกะสีให้อิเล็กตรอนได้ดีกว่าโลหะทองแดง  และไอออนของโลหะดังกล่าวก็มีความสามารถในการรับอิเล็กตรอนแตกต่างกันโดย  Cu²⁺     รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า  Zn²⁺     ลำดับความสามารถในการให้และรับอิเล็กตรอนของสารแสดงได้ดังนี้

ตาราง9.1ลำดับความสามารถในการให้และการรับอิเล็กตรอนของโลหะกับไอออนของโลหะ 

เซลล์ไฟฟ้าเคมี 

 

เซลล์ไฟฟ้าเคมี  จำแนกได้เป็น     2    ประเภท   คือ   เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่สารทำปฏิกิริยากันแล้วให้กระแสไฟฟ้า  ซึ่งเรียกว่า      เซลล์กัลวานิก    และเซลล์ไฟฟ้ามรอีกประเภทหนึ่งซึ่งต้องผ่านกระแสไฟฟ้าจากนอกเข้าไปทำให้สารเกิดปฏิกิริยาซึ่งเรียกว่า  เซลล์อิเล็กโทรไลต์

1.      เซลล์กัลวานิก  จากทดลอง  1.1   เมื่อจุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลาย  CuSO₄    พบว่าเกิดกาถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างโลหะกับไอออนของโลหะได้      โดยโลหะสังกะสีจะเกิดปฏิกิริยา

ออกซิเดชันและ   Cu²⁺    ในสารละลายเกิดปฏิกิริยารีดักชัน    ในตอนนี้จะได้ศึกษาต่อไปนี้ว่าจุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลายที่มี   Zn²⁺   จุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลายที่มี   Cu²⁺   ซึ่งเขียนสัญลักษณ์แทนได้ดังนี้   Zn(s)   Zn²⁺   (aq)   และ   Cu(s)   Cu²⁺   (aq)    

ระบบที่ประกอบด้วยโลหะจุ่มอยู่ในสารละลายที่มีไอออนของโลหะเรียกว่า     ครึ่งเซลล์

       ถ้านำครึ่งเซลล์  Zn(s)   Zn²⁺   (aq)   กับ   Cu(s)   Cu²⁺   (aq)   มาต่อกันและทำให้

ครบวงจร   จะมีเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นหรือไม่    อย่างไร    ศึกษาได้จากจากการทดลองต่อไปนี้

  1.  จุ่มแผ่นทองแดงขนาด 0.5 cm  0.5 cm    ลงในบีกเกอร์ขนาด        50 cm³ ที่มีสารละลายCuSO 1 mol/dm3 ปริมาตร 20 cm3 เขียนฉลาก  Cu(s)    Cu²⁺(aq) ติดที่ข้างบีกเกอร์ และจุ่มแผ่นสังกะสีขนาด 0.5cm  0.5 cm ลงในบีกเกอร์ขนาด 50 cm³ ที่มีสารละลายZnSO₄ 1 mol/dm3ปริมาตร 20 cm³ และเขียนฉลาก Zn(s)  Zn²⁺(aq)ติดที่ข้างบีกเกอร์

    2. นำบีกเกอร์ที่มีโลหะจุ่มอยู่ในสารละลายที่เตรียมไว้ในข้อ 1 มาวางชิดกัน ใช้สะพานเกลือ (ทำจากกระดาษกรองขนาด 1.0 cm  8.0 cm ชุบสารละลายอิ่มตัว KNO₃) วางพาดบีกเกอร์ทั้งสองให้ปลายกระดาษจุ่มในสารละลายของแต่ละบีกเกอร์

    3. ต่อแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีเข้ากับโวลต์มิเตอร์ สังเกตทิศทางการเบนของเข็มโวลต์มิเตอร์และอ่านค่าความต่างศักย์

     4. สลับขั้วของโวลต์มิเตอร์และอ่านค่าความต่างศักย์

     5. ใช้หลอดไฟขนาด 1.0 v มาต่อกับขั้วทองแดงและขั้วสังกะสีแทนโวลต์มิเตอร์ สังเกตการเปลี่ยนแปลง

      6. ทำการทดลองเช่นเดียวกับข้อ 1-4 แต่ใช้ครึ่งเซลล์คู่ต่อไปนี้และเปลี่ยนสะพานเกลือใหม่ทุกครั้ง

Cu(s)Cu₂+(aq)   กับ   Mg(s)Mg₂+(aq)

Zn(s)Zn²⁺⁽aq)     กับ  Mg(s)Mg²⁺(aq)

Cu(s)Cu²⁺(aq)    กับ   Fe(s)Fe²⁺(aq)

Zn(s)Zn²⁺ (aq)   กับ    Fe(s)Fe²⁺(aq)

         

             จากการทดลอง เมื่อนำสองครึ่งเซลล์ต่างชนิดกันมาต่อด้วยสะพานเกลือ ซึ่งทำหน้าที่ให้ไอออนเคลื่อนที่จากสารละลายหนึ่งไปยังอีกสารละลายหนึ่งโดยสารละลายไม่ผสมกันและรักษาสมดุลระหว่างไอออนบวกกับไอออนลบในสารละลายของแต่ละครึ่งเซลล์ และต่อกับโวลต์มิเตอร์ชนิดที่สร้างให้เข็มมิเตอร์เบนไปในทิศทางเดียวกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนพบว่าเข็มของโวลต์มิเตอร์เบนไปจากขีดศูนย์ แสดงว่ามีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนผ่านลวดตัวนำจากขั้วโลหะหนึ่งไปยังอีกขั้วโลหะหนึ่งซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าไม่เท่ากันและมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร เซลล์ไฟฟ้าเคมีแบบนี้เรียกว่า เซลล์กัลวานิก และเรียกโลหะในแต่ละครึ่งเซลล์ว่า ขั้วไฟฟ้า

       การนำครึ่งเซลล์ Zn(s) Zn²⁺(aq) มาต่อกับครึ่งเซลล์ Cu(s)Cu²⁺(aq) และทำให้ครบวงจร พบว่าเข็มโวลต์มิเตอร์เบนจากขีดศูนย์ไปทางครึ่งเซลล์ Cu(s)Cu²⁺(aq) แสดงว่าครึ่งเซลล์Zn(s)Zn²⁺(aq) เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังสมการ

                      Zn(s)           Zn²⁺ + (aq) 2e-

           ขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเรียกว่า แอโนด สำหรับไอออนของ Zn²⁺ที่เกิดขึ้นจะอยู่ในสารละลาย  ทำให้ไอออนบวกในสารละลายเพิ่มขึ้นส่วนอิเล็กตรอน

จะเคลื่อนที่ผ่านลวดตัวนำไปยังแผ่นทองแดงซึ่งเป็นขั้วไฟฟ้าของอีกครึ่งเซลล์หนึ่ง  ดังนั้นครึ่งเซลล์ Cu(s)Cu²⁺(aq) จึงเกิดปฏิกิริยารีดักชัน โดย Cu²⁺ ในสารละลายอิเล็กตรอน

เกิดเป็น Cu(s) สะสมทที่ขั้วไฟฟ้าดังสมการ

              Cu²⁺(aq)+2e- Cu(s)

         และเรียกขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันว่า แคโทด การที่ Cu²⁺ ในสารละลายรับอิเล็กตรอนแล้วเกิดเป็น Cu(s) เป็นผลให้ Cu²⁺  ในสารละลายลดลงและเสียดุลประจุไฟฟ้าบวก แต่เนื่องจากสะพานเกลือมีทั้งไอออนบวกและไอออนลบ ในที่นี้คือ K⁺กับ NO^-3รวมทั้งเป็นตัวกลางที่ยอมให้ไอออนบวกและไอออนลบเคลื่อนที่ผ่านได้ ดังนั้นจึงพบว่า NO^-3  ในสะพานเกลือเคลื่อนมายังครึ่งเซลล์Zn(s)Zn²⁺(aq) เพื่อดุลกับ Zn²⁺ ที่เพิ่มขึ้นในสารละลายขณะเดียวกับ K⁺ จะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ Cu(s)Cu²⁺(aq) เพื่อดุลกับSO₄^2-   ในสารละลาย รวมทั้ง Zn²⁺ ที่เพิ่มขึ้นในสารละลายของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและ SO₄^2- ในครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันก็สามารถเคลื่อนที่ไปบนสะพานเกลือได้ด้วย  ถ้าไม่

มีสะพานเกลือกระแสไฟฟ้าจะหยุดไหลเนื่องจากไม่ครบวงจรและไอออนบวกกับไออนลบในอิเล็กโทรไลต์ไม่ดุล  ปฏิกิริยารีดอกซ์ของเซลล์ที่เกิดจากการนำครึ่งเซลล์   Zn(s)Zn²⁺(aq)  มาต่อกับครึ่งเซลล์ Cu(s)Cu²⁺(aq) จึงเขียนสมการแสดงได้ดังนี้

                    Zn(s)+Cu²⁺⁽aq)             Zn²⁺(aq)+Cu(s)

     การเขียนแผนภาพของเซลล์กัลวานิก

            การศึกษาเกี่ยวกับเซลล์กัลวานิก  เพื่อความสะดวกจึงนิยมเขียนแผนภาพของเซลล์แทนการบรรยายการเกิดปฏิกิริยา เช่น การต่อครึ่งเซลล์ Zn(s)Zn²⁺(aq)  เขียนสมการ

แสดงได้ดังนี้

                     Zn(s)+Cu²⁺(aq)                 Zn²⁺ (aq)+Cu(s)

          
และสามารถเขียนแผนภาพเซลล์แสดงได้ดังนี้

     Zn(s)Zn²⁺ (aq, 1 mol/dm³ ) Cu²⁺ (aq, 1 mol/dm³)Cu(aq,1mol/dm³ Cu(s)

การเขียนแผนภาพเซลล์กัลป์วานิกจึงเป็นการเขียนสัญลักษณ์แสดงส่วนประกอบของเซลล์ ซึ่งมีหลักการดังนี้

           1.เขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไว้ทางซ้าย คั่นด้วยสะพานเกลือ()แล้วเขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันไว้ทางขวา

           2.ในแต่ละครึ่งเซลล์ให้เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไว้ทางซ้ายสุด ส่วนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันให้เขียนไว้ทางขวาสุด และให้ใช้เส้นเดียว คั่นระหว่างสารที่มีสถานะต่างกันถ้าสารอยู่ในสถานะเดียวกันให้คั่นด้วยเคลื่องหมาย รวมทั้งระบุสถานะของสารโดยใช้  (s)    (l)   (g)    (aq)     เช่น Fe(s)Fe²⁺ (aq)  หรือPt(s)Fe³⁺ (aq), Fe²⁺ (aq)

           3.สำหรับครึ่งเซลล์ที่เป็นแก๊ส หรือครึ่งเซลล์ที่ประกอบด้วยสารละลายอิเล็กโทรไลต์มากกว่า1ชนิดจะใช้ขั้วไฟฟ้าเฉื่อยซึ่งทำจากวัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่ทำปฏิกิริยากับแก๊สและอิเล็กโทรไลต์ เช่น ขั้วแพลทินัม ขั้วคาบอน ส่วนสารในครึ่งเซลล์ที่มีสถานะเป็นแก๊ส ต้องระบุความดันของแก๊สไว้ในวงเล็บและใช้เครื่องหมายจุลภาคขั้นระหว่างสถานะกับความดัน เช่น Ft(s)H₂ (g, 1 atm) H⁺ (ag),หรือ C(s)Fe³⁺ (aq), Fe²⁺ (aq)     

           4. การระการระบุความเข้มข้นของไอออนในสารละลายให้เขียนไว้ในวงเล็บ เช่น        Mg(s)Mg²⁺ (aq, 1 mol/dm³ )Fe³⁺(aq,1mol/dm³ ),Fe²⁺(aq,1mol/dm³)Pt(s)

Zn(s)Zn²⁺ (aq, 1 mol/dm³) H+ (aq, 1 mol/dm³)H₂ (g, 1atm)Pt(s)

           จากหลักการเขียนแผนภาพเซลล์ดังกล่าว   สามารถนำไปใช้เขียนแผนภาพเซลล์กัลวานิกที่เกิดจากการนำสองครึ่งเซลล์ต่อกัน   หรือจากแผนภาพเซลล์กัลป์วานิกที่กำหนดมาให้  สามารถวาดรูปเซลล์กัลป์วานิกและเขียนสมการแสดงครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน   ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน   และปฏิกิริยาของเซลล์กัลป์วานิกได้ตัวอย่าง

ตัวอย่างที่   8

                           จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ขั้วแอโนดขั้วแคโทด   และปฏิกิริยาของเซลล์จากแผนภาพเซลล์กัลป์วานิกที่กำหนดให้ดังนี้

     Mg(s)  Mg²⁺(aq, 1  mol/dm³)       Fe³⁺(aq, 1  mol/dm³) ,Fe²⁺ (aq, 1  mol/dm³)    Pt(s)  

จากแผนภาพว่าครึ่งเซลล์       Mg(s)   Mg²⁺  (    aq,1mol/dm ³)

เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เขียนสมการแสดงได้ดังนี้

แอโนด         : Mg(s)                  Mg²⁺(aq)+ e-

       

  ในครึ่งเซลล์ Pt(s)Fe3+(aq,   1  mol/dm3,)Fe2+(aq,1mol/dm 3) เกิดปฏิกิริยารีดักชัน  แต่เนื่องจาก Fe3+  มีเลขออกซิเดชันสูงกว่า Fe2+ ปฏิกิริยารีดักชันที่เกิดขึ้นจึงเขียนสมการได้ดังนี้

แคโทด : Fe³⁺(aq)+e- Fe²⁺(aq)

เมื่อรวมปฏิกิริยาออกซิเดชันกับปฏิกิริยารีดักชันเข้าด้วยกัน   จะได้ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาของเซลล์ดังนี้

Mg(s)+2Fe²⁺(aq)                     Mg²⁺(aq)+2Fe²⁺(aq)

การผุกร่อนของโลหะ

การผุกร่อนของโลหะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยมีโลหะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันให้อิเล็กตรอนออกมา และออกซิเจนกับน้ำเกิดปฏิกิริยารีดักชันเพื่อรับอิเล็กตรอน เมื่อโลหะเกิดการผุกร่อน ผลิตภัณฑ์สุดท้ายจะเป็นออกไซด์ของโลหะหรือสนิม สนิมของโลหะแต่ละชนิดจะเกิดสีแตกต่างกัน เช่น สนิมเหล็ก ( Fe2O3) สีน้ำตาลแดง สนิมทองแดง (CuO) สีดำหรือน้ำตาลดำ และสนิมอะลูมิเนียม (Al2O3) มีสีขาว การเกิดสนิมโลหะมีกระบวนการซับซ้อนและมีลักษณะเฉพาะตัว .....เชิญศึกษาตามหัวข้อต่อไปนี้ครับ

ประโยชน์ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์

การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า การทำทองแดงให้บริสุทธิ์

ศึกษาเกี่ยวกับการนำหลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์มใช้ประโยชน์ จะกล่าวถึง การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า การทำโลหะให้บริสุทธิ์เช่น ทองแดงที่มีในธรรมชาติมีสารอื่นเจือปนนำมาทำให้บริสุทธิ์โดยหลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์  การผลิตโลหะอะลูมิเนียม  การผลิตโลหะแมกนีเซียม   เชิญคลิกเรียนได้เลยครับ

1.  การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

2.  การทำโลหะทองแดงให้บริสุทธิ์

3.  การผลิตโลหะอะลูมิเนียม

4.  การผลิตโลหะแมกนีเซีย

เซลล์อิเล็กโทรไลต์

เซล์อิเล็กโทรไลต์ มาเรียนกันเลยดีกว่า...

เรียนเกี่ยวกับส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ การนำหลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลต์มาใช้ในด้านต่าง ๆ เช่น การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้า การแยกสารที่หลอมเหลวด้วยไฟฟ้า 

1.  ส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์

2.  การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้า

3.  การแยกสารประกอบไอออนิกที่หลอมเหลว