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 SO42- และจุ่มโลหะทองแดงลงในสารละลาย CuSO4 ซึ่งประกอบด้วย Cu2+ กับ SO42- เป็นการจุ่มโลหะลงในสารละลายที่มีไอออนของโลหะชนิดนั้นผลการทดลองพบว่าสังเกตไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง แสดงว่าไม่เกิดปฏิกิริยาเคมี
เมื่อจุ่มโลหะลงในสารละลายที่มีไอออนของโลหะต่างชนิดกัน เช่น การจุ่มโลหะสังกะสีลงในสารละลาย CuSO4 ที่ประกอบด้วย Cu2+ กับ SO42- 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 SO42- 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) เพื่อดุลกับSO42- ในสารละลาย รวมทั้ง Zn2+ ที่เพิ่มขึ้นในสารละลายของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันและ SO42- 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