บทที่9 ไฟฟ้าเคมี (สำรอง)

บทท 9 ไฟฟาเคม

จดประสงคการเรยนร บทท 9 ไฟฟาเคม

9.1 ปฏกรยารดอกซ

อธบายการถายโอนอเลกตรอนระหวางโลหะกบโลหะ ไอออนในปฏกรยาได

อธบายความหมายปฏกรยาออกซเดชน ปฏกรยารดกชน พรอมเขยนสมการแสดงปฏกรยาได

อธบายความหมายของตวรดวซและตวออกซไดซได

9.2 การดลสมการรดอกซ

9.2.1 การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

9.2.2 การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

สามารถดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชนได

สามารถดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยาได

9.3 เซลลไฟฟาเคม

9.3.1 เซลลกลวานก

การเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

ประเภทของเซลลกลวานก

อธบายการเกดกระแสไฟฟาในเซลลกลวานกและบอกไดวาขวใดเปนแคโทดหรอแอโนด

รวมทงบอกหนาทของสะพานเกลอได

เขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนทแอโนดหรอแคโทด รวมทงบอกหนาทสะพานเกลอได

เขยนแผนภาพเซลลกลวานกจากสมการรดอกซหรอเขยนสมการรดอกซจากแผนภาพเซลลได

สามารถบอกไดวาสารใดเปนตวออกซไดซ สารใดเปนตวรดวซจากแผนภาพเซลลกลวานกได

สามารถหาคาศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

สามารถบอกประเภทของเซลลกลวานก

9.3.2 เซลลอเลกโทรไลต

การแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟา

การแยกสารทหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา

การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา

การทาโลหะใหบรสทธโดยใชอเลกโทรไลต

สามารถอธบายวธการแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟาได

สามารถอธบายวธการสารทหลอมเหลวได

สามารถอธบายวธการชบโลหะดวยกระแสไฟฟาได

สามารถอธบายวธการทาโลหะใหบรสทธโดยใชอเลกโทรไลตได

9.3.3 การผกรอนของโลหะและการปองกน

9.4 ความกาวหนาทางเทคโนโลยทเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

9.4.1 แบตเตอรอเลกโทรไลตแขง

9.4.2 แบตเตอรอากาศ

9.4.3 การทาอเลกโทรไดอะซสนาทะเล

โดย อรณ หสเสม : เรยบเรยง 1

ไฟฟาเปนพลงงานทมความสาคญตอการดารงชวตของมนษย ซงปจจบนมนษยกตองการใชพลงงานไฟฟาเพมขนดวย

ไฟฟาเคม คอ การศกษาเกยวกบการเปลยนแปลงพลงงานไฟฟา กบ พลงงานเคม

การศกษาเรองไฟฟาเคม เปนการศกษาความสมพนธเกยวกบปฏกรยาเคม ททาใหเกดกระแสไฟฟา และการผานกระแสไฟฟา

เขาไปในสารเคม เพอทาใหเกดปฏกรยาเคม ปฏกรยาทเกดขน เรยกวา ปฏกรยาไฟฟาเคม

ในบทน เราจะศกษาวา ปฏกรยาเคมทาใหเกดกระแสไฟฟาไดอยางไร และในทางกลบกน กระแสไฟฟาทาใหเกดปฏกรยาเคมได

อยางไร มการเปลยนแปลงใดเกดขนกบระบบ และศกษาเกยวกบประโยชนของปฏกรยาไฟฟาเคมทเกยวของกบชวตประจาวน

Ds

ปฏกรยาทเกดขนโดยทวไป แบงไดหลายแบบขนอยกบเกณฑทนามาใช แตถายดเกณฑเกยวกบ การโอนอเลกตรอน

อาจแบงได 2 ประเภท คอ

1) ปฏกรยานอนรดอกซ (Non Redox reaction)

หมายถง ปฏกรยาทไมมการใหและรบอเลกตรอน หรอ ปฏกรยาทใหอเลกตรอนเพยงอยางเดยว

หรอ ปฏกรยาทรบอเลกตรอนเพยงอยางเดยว

2) ปฏกรยารดอกซ (Redox Reaction)

หมายถง ปฏกรยาทมทงการใหและรบอเลกตรอนเกดขนพรอมกน ซงมผลใหเลขออกซเดชนของ

ธาตตาง ๆ เปลยนไป ปฏกรยารดอกซ แบงเปน2 ปฏกรยายอยคอ

ปฏกรยาออกซเดชน(Oxidation Reaction)

คอ ปฏกรยาทสารมการใหอเลกตรอน หรอ ปฏกรยาทเลขออกซเดชนเพมขน

ปฏกรยารดกชน (Reduction Reaction)

คอ ปฏกรยาทสารมการรบอเลกตรอน หรอ ปฏกรยาทเลขออกซเดชนลดลง

ปฏกรยาออกซเดชน และปฏกรยารดกชน จดเปนเพยง ครงปฏกรยา

ถารวมครงปฏกรยาทงสองเขาดวยกน จะได “ปฏกรยารดอกซ”

ตวอยางเชน

1) Fe2+ + Cr2O72- Fe3+ + Cr3+ (เปน)

2) 2CrO2- + 3ClO- + 2OH- 2CrO4

2- + 3Cl- + H2O (เปน)

2) 2K2CrO4 + 2HCl K2Cr2O7 + 2KCl + H2O (ไมเปน)

3) 2MnO4- + 5NO2

- + 6H+ 2 Mn2+ + 5NO3- + H2O (เปน)

บทท 9 ไฟฟาเคม

9.1 ปฏกรยารดอกซ


ตวอยาง เมอนาแผนโลหะทองแดง (Cu) จมลงในสารละลายของ AgNO3 พบวา

แผนโลหะ Cu มของแขงสขาวปนเทามาเกาะอย

และเมอนามาเคาะจะพบวาโลหะ Cu เกดการสกกรอน

สวนสของสารละลาย AgNO3 กจะเปลยนจากใสไมมสเปนสฟา

คาอธบาย การเปลยนแปลงทเกดขนนอธบายไดวาการทโลหะทองแดงเกดการสกกรอนเปนเพราะ

โลหะทองแดง (Cu) เกดการเสยอเลกตรอนกลายเปน Cu2+ ซงมสฟา

และเมอ Ag+ รบอเลกตรอนเขามาจะกลายเปน Ag (โลหะเงน) มาเกาะอยทแผนโลหะทองแดง

ปฏกรยาทเกดขน เขยนในรปสมการไดดงน

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

Ag+(aq) + e- Ag(s) (ปฏกรยารดกชน)

e- ทถายเทตองเทากน สมการเคมทเกดขนทแทจรงตองเปน

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

2Ag+(aq) +2 e- 2Ag(s) (ปฏกรยารดกชน)

ปฏกรยาทเกดขนในแตละสมการเรยกวาครงปฏกรยา ซงการเกดปฏกรยาถายเท e- จะเกดขนไดสมบรณ

กตอเมอตองนาครงปฏกรยาทงสองมารวมกน เขยนเปนสมการไดดงน

Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s) (ปฏกรยารดอกซ)

สรปไดวาการเกดปฏกรยารดอกซจะตองประกอบไปดวย

1. สารทให e- แกสารอนแลวทาใหเลขออกซเดชนเพมขน เรยกวา ตวรดวซ เกดปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation Reaction)

2. สารทรบ e- จากสารอนแลวทาใหเลขออกซเดชนลดลง เรยกวา ตวออกซไดซ เกดปฏกรยารดกชน (Reduction Reaction)

ตวอยางปฏกรยารดอกซ

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

เลขออกซเดชนลดลง (ปฏกรยารดกชน)

2. 2MnO4- + H2S + H+ 2Mn2+ + H2O(l) + S(s)

เลขออกซเดชน + - + - + + + -

เลขออกซเดชนเพมขน (ปฏกรยาออกซเดชน)

3. Sn2+ + Cu2+ Sn4+ + Cu+


แบบฝกหดท 1 เรอง ปฏกรยารดอกซ

1. จงพจารณาวาปฏกรยาใดเปนปฏกรยารดอกซ

1.1) 2HCl (aq) + Na2CO3 (aq) 2NaCl + H2O (l) + CO2 (g) ………………...

1.2) 2HCl (aq) + Na2S2O3 (aq) 2NaCl + SO2 (l) + H2O (l) + S (s) …………………

1.3) HCO3- (aq) + OH- (aq) H2O (l) + CO3

2- (aq) …………………

1.4) N2H4 (aq) + O2 (g) N2 (g) + 2H2O (l) …………………

1.5) Cr2O72- (aq) + 2OH- (aq) 2CrO4

2- (aq) + H2O (l) …………………

2. จงเขยนสมการแสดงครงปฏกรยาออกซเดชนและครงปฏกรยารดกชนของปฏกรยารดอกซทกาหนดให

พรอมทงระบตวออกซไดซและตวรดวซ

ตวอยาง Cu(s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s)

ครงปฏกรยาออกซเดชน

Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- (aq) ตวรดวซ คอ Cu

ครงปฏกรยารดกชน

2Ag+(aq) + 2e- 2Ag(s) ตวออกซไดซ คอ Ag+

2.1) 2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g)

2.2) Mg(s) + Cl2 (aq) Mg2+(aq) + 2Cl-(aq)

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

3. เมอทดลองจมลวดโครเมยมลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอรกเจอจาง พบวา สารละลายเปลยนจากไมมสเปนสฟา

และมแกสเกดขน จงเขยนสมการแสดงครงปฏกรยาและปฏกรยารดอกซ พรอมทงระบตวออกซไดสและตวรดวซ


ตองผานขนตอนการหาเลขออกซเดชน โดยเลขออกซเดชน จะหมายถง ตวเลขแสดงคาประจไฟฟาทแทจรง

หรอประจไฟฟาสมมตของธาต

เกณฑการกาหนดคาเลขออกซเดชน (O.N.)

1) ธาตอสระ (ไมรวมตวกบธาตอน มคา O.N. = ศนย)

เชน Mg , O2 , O3 , S8 , P4

2) ธาตหม 1 ในสารประกอบ มคา O.N. = +1 (ธาตหม A คอ Li Na K Rb Cs Fr)

เชน LiNo3 , NaCl , KclO3

1) ธาตหม 2 ในสารประกอบ มคา O.N. = +2 (ธาตหม A คอ Be Mg Ca Sr Ba Ra )

เชน MgCl2 , CaCO3 , BeCl2

2) ธาตไฮโดรเจน ในสารประกอบ มคา O.N. = +1

เชน HCl , NH3 , H2O

ยกเวน ในสารประกอบของโลหะ เชน NaH , AlH3 H ม O.N. = -1

3) ธาตออกซเจน ในสารประกอบ มคา O.N. = -2

เชน H2O , CO2 , C2O

ยกเวน H2O2 , Na2 O , NaO2 , OF

4) ผลรวมของ O.N. ในสารประกอบมคาเปนศนย

เชน KmnO4 , MnO2 , Na2C2O4

5) ผลรวมของ O.N. ในไอออนเทากบจานวนประจ

เชน MnO4- , Cr2O72-, Fe(CN)6

3-

ไอออนทควรจา SO42- , CN- , CO3

2- , NO3- ไอออนทม O.N. เทากบจานวนประจ

ตวอยางการหาเลขออกซเดชนของธาต

1) Mn2O7 (หา Mn) 2) Na3PO4 (หา P)

2Mn + 7(-2) = 0 3(1) + P + 4(-2) = 0

2Mn = 14 3 + P – 8 = 0

Mn = +7 # P = +5 #

3) MnO4- (หา Mn) 4) C2O42- (หา C)

Mn + (-2) = -4 2C + 4(-2) = -2

Mn - 2 = -4 + 2 = -2 # 2C - 8 = -2

C = 3 #

5) HPO4 (หา P) 6) MnO4- (หา Mn)

1 + P + (- ) = 0 Mn + 4(-2) = -1

1 + P - 8 = 0 Mn - 8 = -1

P = +7 # Mn = -1 + 8 = +7 #

9.2 การดลสมการรดอกซ


ลาดบแนวคดสาคญของการดลสมการรดอกซ

การเขยนสมการแสดงปฏกรยาทถกตอง จะตองเปนสมการทดลแลว

คอ จานวนอะตอมของแตละธาต และผลรวมของประจไฟฟาของสารตงตนและผลตภณฑตองเทากน

การดลสมการรดอกซมความซบซอนมาก ตองใชวธดลสมการอยางเปนระบบ แบงเปน วธ คอ

การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน และ การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

1) ดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

หลกการสาคญ คอ หาเลขออกซเดชนท

เปลยนแปลง แลวทาใหเลขออกซเดชนของ

ธาตหรอไอออนทเพมขนและลดลงให

เทากน จากนนดลจานวนอะตอมของธาตอน

ทเลขออกซเดชนไมเปลยนแปลง ตรวจสอบ

จานวนอะตอมของธาตและประจไฟฟาให

เทากน

2) ดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

หลกการสาคญ คอ แยกปฏกรยารดอกซ

ออกเปนครงปฏกรยาออกซเดชนและครง

ปฏกรยารดกชน แลวดลทงจานวนอะตอม

และประจในแตละครงปฏกรยา

ทาจานวนอเลกตรอนทใหและรบใหเทากน

แลวรวมสองครงปฏกรยาเขาดวยกน

ตรวจสอบจานวนอะตอมและประจไฟฟา

สมการรดอกซทดลแลว จะตองดลทงจานวนอะตอมของธาตทกธาตในสมการ

และตองดลจานวนประจไฟฟาในปฏกรยาเคมใหเทากน


ม วธ

การดลสมการรดอกซ

การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

) หาเลขออกซเดชนของธาตในสมการ

) ทาเลขออกซเดชนของธาตทเพมขนและลดลง

ใหเทากน โดยการคณไขว

) หาเลขออกซเดชนของธาตในสมการ

) เขยนแยกเปน ครงปฏกรยา คอ

ครงปฏกรยาออกซชน และ ครงปฏกรยารดกชน

) ดลจานวนอะตอมของธาตทเลขออกซเดชน

เปลยนแปลงใหเทากน

) ดลจานวนอะตอมของธาตอน (ทไมใช O และ H)

) ดลจานวนอะตอมของ O และ H

) ตรวจสอบความถกตอง

โดยนบจานวนอะตอม และจานวนประจไฟฟา

ทางซายมอและขวามอของสมการใหเทากน

) ดลจานวนอะตอมของธาตอน (ทไมใช O และ H)

ของแตละครงปฏกรยา

) ดลจานวนอะตอมของ O (โดยเตม H2O)


) ดลจานวนอะตอมของ H (โดยเตม H+)


) ดลจานวนประจไฟฟา (โดยเตม e-)


) ทาจานวน e- ของทง ครงปฏกรยาใหเทากน

) รวมทง ครงปฏกรยา

และตดสารทเหมอนกนออก

) ตรวจสอบความถกตอง

โดยนบจานวนอะตอม และจานวนประจไฟฟา

ทางซายมอและขวามอของสมการใหเทากน


สมการเคมทสมบรณจะตองเปนสมการทดลแลว ในการดลสมการโดยทวไป ตองทาจานวนอะตอมของธาตหนง ๆ ใหเทากน

ทงกอนและหลงปฏกรยา สาหรบปฏกรยารดอกซ การดลสมการจะตองทาใหจานวนอเลกตรอนทถายโอนในปฏกรยาออกซเดชน

และรดกชนใหเทากน ทาจานวนอะตอมและจานวนประจรวมทางซายและขวาของสมการใหเทากนดวย

ขนตอนการดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

1) หาเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลงของธาตในสมการ

2) ทาเลขออกซเดชนของธาตทเพมขนและลดลงใหเทากน โดยการคณไขว

3) ดลจานวนอะตอมของธาตทเลขออกซเดชน เปลยนแปลงใหเทากน

4) ดลจานวนอะตอมของธาตอน (ทไมใช O และ H)

5) ดลจานวนอะตอมของ O และ H

6) ตรวจสอบความถกตอง โดยนบจานวนอะตอม และจานวน ประจไฟฟา ทางซายมอและขวามอ

ตวอยางท จงดลสมการ Cu(s) + HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + H2O(l) + NO2(g)

ขนตอนการดลสมการ แสดงวธการดลสมการ

1) หาเลขออกซเดชนของธาตในสมการ เพม

ลด

Cu(s) + HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + H2O(l) + NO2(g)

+5 +2 +4

Cu เลขออกซเดชนเพมขน (ปฏกรยาออกซเดชน)

N เลขออกซเดชนลดลง (ปฏกรยารดกชน)

2) ทาเลขออกซเดชนของธาตทเพมขน

และลดลงใหเทากน โดยการคณไขว

Cu(s) + 2HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + H2O(l) + NO2(g)

2 1 หมายเหต : เลข ไมนยมเขยนไวขางหนา

3) ดลจานวนอะตอมของธาตทเลข

ออกซเดชน เปลยนแปลงใหเทากน

Cu(s) + 2HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + H2O(l) + 2NO2(g)

เตม หนา NO2

4) ดลจานวนอะตอมของธาตอน

(ทไมใช O และ H)

Cu(s) + 4HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + H2O(l) + 2NO2(g)

เตม หนา HNO3 เพอให N = 4 ทงซายและขวาของสมการ

5) ดลจานวนอะตอมของ O และ H Cu(s) + 4HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g)

เตม หนา H2O เพอให O = 12 และ H = 4 ทงซายและขวาของสมการ

6) ตรวจสอบความถกตอง

โดยนบจานวนอะตอม และจานวน

ประจไฟฟา ทางซายมอและขวามอ

ของสมการใหเทากน

Cu(s) + 4HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g)

จานวนอะตอม Cu = 1 , N = 4 , H = 4 , O = 12

จานวนประจ เปน

จานวนอะตอมทกธาต และจานวนประจของสมการ เทากน ทงซายและขวาของสมการ

ตอบ Cu(s) + 4HNO3 (aq) Cu(NO3)2 (aq) + 2H2O(l) + 2NO2(g)

9.2.1 การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน


ตวอยางท จงดลสมการ NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(l)


1) หาเลขออกซเดชนของธาตในสมการ เพม

ลด

NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(l)

- 0 +2 -2

N เลขออกซเดชนเพมขน (ปฏกรยาออกซเดชน)

O เลขออกซเดชนลดลง (ม อะตอม จงคณ = 4) (ปฏกรยารดกชน)

2) ทาเลขออกซเดชนของธาตทเพมขน

และลดลงใหเทากน โดยการคณไขว

4NH3(g) + 5O2(g) NO(g) + H2O(l)

5 4

3) ดลจานวนอะตอมของธาตทเลข

ออกซเดชน เปลยนแปลงใหเทากน

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + H2O(l) เตม หนา NO

4) ดลจานวนอะตอมของธาตอน


4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + H2O(l) N = 4 แลวทงซายและขวาของสมการ

5) ดลจานวนอะตอมของ O และ H 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l) เตม หนา H2O เพอให O = 10 และ H = 12 ทงซายและขวาของสมการ

6) ตรวจสอบความถกตอง

โดยนบจานวนอะตอม และจานวน

ประจไฟฟา ทางซายมอและขวามอ

ของสมการใหเทากน

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)

จานวนอะตอม N = 4 , H = 12 , O = 10

จานวนประจ เปน

จานวนอะตอมทกธาต และจานวนประจของสมการ เทากน ทงซายและขวาของสมการ

ตอบ 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)


ตวอยางท จงดลสมการ Cd(s) + NO3-(aq) + H+(aq) Cd2+(aq) + NO(g) + H2O(l)

ตอบ 3Cd(s) + 2NO3-(aq) + 8H+(aq) 3Cd2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)


ตวอยางท จงดลสมการ Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn (s)

ตอบ 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn (s)


* ตวอยางท จงดลสมการ Cr2O72- (aq) + H+(aq) + H2S (aq) Cr3+(aq) + H2O (l) + S (s)

ตอบ Cr2O72- (aq) + 8H+(aq) + 3H2S (aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O (l) + 3S (s)


* ตวอยางท จงดลสมการ Zn (s) + KMnO4(aq) + H2SO4(aq) ZnSO4 (aq) + MnSO4 (aq) + K2SO4(aq) + H2O (l)

ตอบ 5Zn (s) + 2KMnO4(aq) + 8H2SO4(aq) 5ZnSO4 (aq) + 2MnSO4 (aq) + K2SO4 (aq) + 8H2O (l)


การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยาเปนวธการดลสมการอกวธหนง มแนวคดและวธการ คอ หาเลขออกซเดชนท

เปลยนแปลง แลวแยกเขยนสมการออกเปน ครงปฏกรยา คอ ครงปฏกรยาออกซเดชนและครงปฏกรยารดกชน

จากนนดลแตละครงปฏกรยา แลวนา ครงปฏกรยามารวมกน โดยตดสงทเหมอนกนออกทง ดานใหเทากน

แลวตรวจสอบจานวนอะตอมและจานวนประจไฟฟาของสารตงตนและผลตภณฑ

การดลสมการโดยใชวธครงปฏกรยา มขนตอนดงน

ขนตอนการดลสมการโดยใชครงปฏกรยา

1) หาเลขออกซเดชนทเพมขนและลดลงของธาตในสมการ

2) เขยนแยกเปน ครงปฏกรยา คอ ครงปฏกรยาออกซชน และ ครงปฏกรยารดกชน

3) ดลจานวนอะตอมของธาตอน (ทไมใช O และ H) ของแตละครงปฏกรยา

4) ดลจานวนอะตอมของ O (โดยเตม H2O) ของแตละครงปฏกรยา

5) ดลจานวนอะตอมของ H (โดยเตม H+) ของแตละครงปฏกรยา

6) ดลจานวนประจไฟฟา (โดยเตม e-) ของแตละครงปฏกรยา

7) ทาจานวน e- ของทง ครงปฏกรยาใหเทากน

8) รวมทง ครงปฏกรยา และตดสารทเหมอนกนออก

9) ตรวจสอบความถกตอง โดยนบจานวนอะตอม และจานวนประจไฟฟา ทางซายมอและขวามอของสมการใหเทากน

ตวอยางท จงดลสมการ NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(l)


) หาเลขออกซเดชน

ของธาตในสมการ

เพม

ลด

NH3(g) + O2(g) NO(g) + H2O(l)

- 0 +2 - 2

N เลขออกซเดชนเพมขน (ปฏกรยาออกซเดชน)

O เลขออกซเดชนลดลง (ปฏกรยารดกชน)

) เขยนแยกเปน ครงปฏกรยา ครงปฏกรยาออกซเดชน NH3(g) NO(g)

ครงปฏกรยารดกชน O2(g) H2O(l)

) ดลจานวนอะตอมของธาตอน



ครงปฏกรยาออกซเดชน NH3(g) NO(g) (N เทากนแลว)

ครงปฏกรยารดกชน O2(g) H2O(l)

) ดลจานวนอะตอมของ O

(โดยเตม H2O)


ครงปฏกรยาออกซเดชน NH3(g) + H2O (l) NO(g)

ครงปฏกรยารดกชน O2(g) 2H2O(l)

) ดลจานวนอะตอมของ H

(โดยเตม H+)


ครงปฏกรยาออกซเดชน NH3(g) + H2O (l) NO(g) + 5H+ (aq)

ครงปฏกรยารดกชน O2(g) + 4H+ (aq) 2H2O(l)

9.2.2 การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา


) ดลจานวนประจไฟฟา

(โดยเตม e-)


ครงปฏกรยาออกซเดชน NH3(g) + H2O (l) NO(g) + 5H+ (aq) + 5e- (aq)

จานวนประจ เปน เทากนทงซายและขวาของสมการ

ครงปฏกรยารดกชน O2(g) + 4H+ (aq) + 4e- (aq) 2H2O(l)

จานวนประจ เปน เทากนทงซายและขวาของสมการ

) ทาจานวน e- ของทง ครง

ปฏกรยาใหเทากน

ครงปฏกรยาออกซเดชน ( x 4 ) จะได

4NH3(g) + 4H2O (l) 4NO(g) + 20H+ (aq) + 20e- (aq)

ครงปฏกรยารดกชน ( x 5) จะได

5O2(g) + 20H+ (aq) + 20e- (aq) 10H2O(l)



4NH3(g) + 4H2O (l) + 5O2(g) + 20H+ (aq) + 20e- (aq)

4NO(g) + 20H+ (aq) + 20e- (aq) + 10H2O(l)

จะได 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)

) ตรวจสอบความถกตอง โดย

นบจานวนอะตอม และจานวน

ประจไฟฟา ทางซายมอและ

ขวามอของสมการใหเทากน

4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)

จานวนอะตอม N = 4 , O = 10 , H = 12 เทากนทงซายและขวาของสมการ

จานวนประจ เทากนทงซายและขวาของสมการ

ตอบ 4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(l)


ตวอยางท จงดลสมการ Mn2+(aq) + PbO2(s) + H+(aq) MnO4-(aq) + Pb2+(aq) + H2O(l)


) หาเลขออกซเดชน

ของธาตในสมการ

เพม

ลด

Mn2+(aq) + PbO2(s) + H+(aq) MnO4-(aq) + Pb2+(aq) + H2O(l)

+2 +4 +7 +2

Mn เลขออกซเดชนเพมขน (ปฏกรยาออกซเดชน)

Pb เลขออกซเดชนลดลง (ปฏกรยารดกชน)

) เขยนแยกเปน ครงปฏกรยา ปฏกรยาออกซเดชน Mn2+(aq) MnO4

-(aq)

ปฏกรยารดกชน PbO2 (s) Pb2+ (aq)

) ดลจานวนอะตอมของธาตอน



ปฏกรยาออกซเดชน Mn2+(aq) MnO4-(aq)

ปฏกรยารดกชน PbO2 (s) Pb2+ (aq)

) ดลจานวนอะตอมของ O

(โดยเตม H2O)


ปฏกรยาออกซเดชน Mn2+(aq) + 4H2O (l) MnO4-(aq)

ปฏกรยารดกชน PbO2 (s) Pb2+ (aq) + 2H2O (l)

) ดลจานวนอะตอมของ H

(โดยเตม H+)


ปฏกรยาออกซเดชน Mn2+(aq) + 4H2O (l) MnO4-(aq) + 8H+

ปฏกรยารดกชน PbO2 (s) + 4H+ Pb2+ (aq) + 2H2O (l)

) ดลจานวนประจไฟฟา

(โดยเตม e-)


ปฏกรยาออกซเดชน Mn2+(aq) + 4H2O (l) MnO4-(aq) + 8H+ + 5e-

ปฏกรยารดกชน PbO2 (s) + 4H+ + 2e- Pb2+ (aq) + 2H2O (l)

) ทาจานวน e- ของทง ครง

ปฏกรยาใหเทากน

ปฏกรยาออกซเดชน ( x 2 ) จะได

2Mn2+(aq) + 8H2O (l) 2MnO4-(aq) + 16H+ + 10e-

ปฏกรยารดกชน ( x 5 ) จะได

5PbO2 (s) + 20H+ + 10e- 5 Pb2+ (aq) + 10H2O (l)



2Mn2+(aq) + 8H2O (l) + 5PbO2 (s) + 20H+ + 10e-

2MnO4-(aq) + 16H+ + 10e- + 5 Pb2+ (aq) + 10H2O (l)

จะได 2Mn2+(aq) + 5PbO2 (s) + 4H+ (aq) 2MnO4-(aq) + 5 Pb2+ (aq) + 2H2O (l)

) ตรวจสอบความถกตอง โดย

นบจานวนอะตอม และจานวน

ประจไฟฟา ทางซายมอและ

ขวามอของสมการใหเทากน

2Mn2+(aq) + 5PbO2 (s) + 4H+ (aq) 2MnO4-(aq) + 5 Pb2+ (aq) + 2H2O (l)

จานวนอะตอม Mn = 2 , Pb = 5 , O = 10 , H = 4 เทากนทงซายและขวาของสมการ

จานวนประจ + เทากนทงซายและขวาของสมการ

ตอบ 2Mn2+(aq) + 5PbO2 (s) + 4H+ (aq) 2MnO4-(aq) + 5 Pb2+ (aq) + 2H2O (l)


ตวอยางท 3 จงดลสมการ Cd(s) + NO3-(aq) + H+(aq) Cd2+(aq) + NO(g) + H2O(l)

ตอบ 3Cd(s) + 2NO3-(aq) + 8H+(aq) 3Cd2+(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l)


ตวอยางท 4 จงดลสมการ Cr2O72- (aq) + H+(aq) + H2S (aq) Cr3+(aq) + H2O (l) + S (s)

ตอบ Cr2O72- (aq) + 8H+(aq) + 3H2S (aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O (l) + 3S (s)


แบบฝกหดท 2 เรอง การดลสมการรดอกซ

คาสง จงดลสมการรดอกซตอไปนโดยใชเลขออกซเดชน และใชครงปฏกรยา

1. PbO2 (aq) + Sb (s) + NaOH (aq) PbO (s) + NaSbO2 (s) + H2O (l)

2. CO (g) + NO (g) CO2 (g) + N2 (g)

3. MnO2 (s) + Fe2+ (aq) + H+ (aq) Mn2+ (aq) + Fe3+ (aq) + H2O (l)

4. KI (s) + H2SO4 (aq) K2SO4 (s) + I2 (g) + H2S (g) + H2O (l)





นกเรยนทราบมาแลววา ปฏกรยารดอกซนนเกยวของกบการถายโอนอเลกตรอน คอ เมอเกดปฏกรยาเคม

แลว จะมการถายโอนอเลกตรอนจากสารหนงไปยงสารหนงได

จากหลกเกณฑน นกวทยาศาสตรไดดดแปลงอปกรณขน โดยถาใหอเลกตรอนทมการถายเทอยนนเคลอนท

ผานตวนาไปสภายนอกได จะทาใหเกดกระแสไฟฟาขน

จากหลกเกณฑดงกลาว จงทาใหมเซลลไฟฟาเคมเกดขน

เซลลไฟฟาเคม (Electrochemical cell) คอ

เครองมอหรออปกรณทางเคมทเกดจากการเปลยนพลงงานเคมเปนพลงงานไฟฟา หรอพลงงานไฟฟา

เปนพลงงานเคม

ปฏกรยาทเกดขนในเซลลไฟฟาเคมจะเปนปฏกรยารดอกซ

เซลลไฟฟาเคมแบงออกเปน 2 ประเภท คอ เซลลกลวานก และเซลลอเลกโทรไลต รายละเอยดดงน

1) เซลลกลวานก (Galvanic cell) หรอเซลลโวลตาอก (Voltaic cell)

เปนเซลลไฟฟาเคมทเปลยนพลงงานเคม เปนพลงงานไฟฟา

เกดจากสารเคมททาปฏกรยากนในเซลล แลวเกดกระแสไฟฟา

เชน ถานไฟฉาย เซลลแอลคาไลน เซลลปรอท เซลลเงน

ลกษณะโดยทวไป จะประกอบดวย สองครงเซลลเชอมกนดวยสะพานไอออน ดงรป

9.3 เซลลไฟฟาเคม


2) เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

คอเซลลไฟฟาเคม ทเปลยนจากพลงงานไฟฟาเปนพลงงานเคม

เกดจากการผานกระแสไฟฟาลงไปในสารเคมทมอยในเซลล แลวทาใหเกดปฏกรยาเคม

เชน เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว หรอแบตเตอร

ลกษณะโดยทวไป จะประกอบดวยภาชนะทบรรจสารละลายอเลกโทรไลต มขวไฟฟา 2 ขว

จมอยใน สารละลาย และปลายขวไฟฟาทง 2 ตอเขากบเครองกาเนดไฟฟากระแสตรง ดงรป


สวนประกอบของเซลลไฟฟาเคมทสาคญ ม 3 ชนด ไดแก

1) ขวไฟฟา (Electrod) ม 2 ขว ไดแก

1.1) ขวทวองไว (Active electrode) เปนขวทบางโอกาสจะเขาไปมสวนรวมในการเกดปฏกรยาดวย

เชน Zn , Cu , Pb

1.2) ขวเฉอย (Inert electrode) เปนขวทไมมสวนรวมใด ๆ ในการเกดปฏกรยาเคม

เชน Pt , C (แกรไฟต)

2) อเลกโทรไลต (Electrolyte) คอ สารทมสถานะเปนของเหลว หรอสารละลาย นาไฟฟาได เพราะม

ไอออนเคลอนทไปมา แบงเปน 2 ชนด คอ

2.1) สารประกอบไอออนกทหลอมเหลว เชน

NaCl (s) Na+ (l) + Cl- (l)

KCl (s) K+ (l) + Cl- (l)

2.2) สารละลายอเลกโทรไลต เชน สารละลายกรด เบส เกลอ

สารละลายกรด HCl (aq) + H2O (l) H+ (aq) + Cl- (aq)

สารละลายเบส NaOH (aq) + H2O (l) Na+ (aq) + 2OH- (aq)

สารละลายเกลอ NaCl (s) + H2O (l) Na+ (aq) + Cl- (aq)

3) แหลงกาเนดไฟฟา ในเซลลไฟฟาชนดอเลกโทรไลต ตองปลอยกระแสไฟฟาเขาไปเพอใหเกดปฏกรยา

เคม แหลงกาเนดไฟฟาทใชเปนกระแสตรง สวนใหญใชแบตเตอร

ลกษณะทสาคญของเซลลไฟฟาเคม

1) ปฏกรยาเคมทเกยวของ เปนปฏกรยารดอกซ และกระแสไฟฟาตรง

2) โดยทวไป เซลลไฟฟา จะประกอบดวยขวไฟฟา 2 ขว จมลงในสารละลายอเลกโทรไลตบางชนด และ

อาจมสะพานไอออนอยดวย

3) แตละชนดจะมรายละเอยดแตกตางกน

จากทนกเรยนไดทราบแลววา เซลลไฟฟาเคมแบงเปน 2 ชนด ไดแก เซลลกลวานก และเซลลอเลกโทรไลต

ซงนกเรยนจะไดศกษารายละเอยดของแตละชนดดงน


ในชวตประจาวน เราใชเซลลกลวานกกบอปกรณไฟฟาหลายชนด เชน ไฟฉาย วทย นาฬกา โทรศพทธมอถอ

เครองคอมพวเตอร เปนตน

เราทราบหรอไมวา เซลลทกลาวมาแลวน มสวนประกอบเบองตน ใหพลงงานไฟฟาไดอยางไร

สวนประกอบของเซลลกลวานก

1) ครงเซลล (half cell) หมายถง ระบบทประกอบดวย แทงโลหะจมอยในสารละลายไอออนของโลหะนน

แบงตามชนดของขวไฟฟา (ขววองไว ขวเฉอย และขวแกส) ดงน

ครงเซลลทมขววองไวในการเกดปฏกรยา (สวนใหญเปนขวไฟฟาททาจากโลหะ) เชน

โลหะ Zn จมในสารละลายทม Zn2+

โลหะ Cu จมในสารละลายทม Cu2+

ครงเซลลทมขวเฉอยในการเกดปฏกรยา

ใชขวไฟฟาททาจากโลหะหรออโลหะบางชนด เชน โลหะแพลทนม (Pt) และแกรไฟต (C)

ขวไฟฟาชนดน ไมมสวนเกยวของกบการเกดปฏกรยาใด ไมมการผกรอน เพราะทาหนาทเปนตวถายโอน

อเลกตรอนใหเคลอนทครบวงจร

เชน ครงเซลลทม Fe2+ (aq) และ Fe3+ (aq) ตองใช Pt เปนขวไฟฟา

9.3.1 เซลลกลวานก


ครงเซลลทมขวไฟฟาเปนแกส

ครงเซลลนจะประกอบดวยโลหะ Pt หรอ แกรไฟต จมอยในสารละลายอเลกโทรไลต โดยมแกสผานเขาไปใน

สารละลายนนตลอดเวลา

ปฏกรยาจะเกดขนทแผน Pt การทตองมแผน Pt อยดวย เพราะแกสทาหนาทเปนขวไฟฟาไมได

เมอใชแกสใดผานเขาไปในขวไฟฟานน สารละลายอเลกโทรไลตทใชตองเปนสารละลายทมไอออนของแกสนน

เชน ขวไฟฟาแกสไฮโดรเจน (H2) กตองผานแกสไฮโดรเจนเขาไปในขวไฟฟาทมโลหะ Pt หรอ C

จมอยในสารละลายทม H+ (สารละลายกรด) ในสารละลาย

2) สะพานไอออน (salt bridge)

เปนตวเชอมวงจรไฟฟาแตละครงเซลลเขาดวยกน

ถาไมมสะพานไอออน จะไมมกระแสไฟฟาไหลในวงจร เนองจากวงจรไฟฟาไมครบ

นอกจากน สะพานไอออนยงทาหนาทรกษาสมดลระหวางไอออนบวกและไอออนลบ

สารทใชทาสะพานไอออน คอ สารละลายอมตวของเกลอตาง ๆ เชน NH4NO3 , KCl , KNO3 , NH4Cl

เกลอทใชทาสะพานไอออนน ตองไมมไอออนทไปทาปฏกรยากบสารละลายในแตละครงเซลลดวย

3) เครองมอวดความตางศกยไฟฟา (Voltmeter)

เปนเครองมอวดวา ทง 2 ครงเซลล มศกยไฟฟา

ตางกนกโวลต

ในกรณทความตางศกยมาก ๆ

อาจใชหลอดไฟวดความสวางกได


การสรางเซลลกลวานก

ลกษณะทว ๆ ไป ของเซลลกลวานกจะประกอบดวย 2 ครงเซลล

แตละครงเซลล ขวไฟฟาจมอยในสารละลายอเลกโทรไลต ทมไอออนของโลหะทเปนขวจมอย

ทปลายขวทงสอง ตอเขากบโวลตมเตอร สาหรบวดความตางศกย

เชอมครงเซลลทง 2 ดวยสะพานไอออน ดงรป

คาอธบายจากรปทเกยวกบเซลลกลวานก

1) ครงเซลลทใหอเลกตรอน เรยกวา ครงเซลลออกซเดชน ขวไฟฟาในครงเซลลออกซเดชน เรยกวา แอโนด (ขวลบ)

2) ครงเซลลทรบอเลกตรอน เรยกวา ครงเซลลรดกชน ขวไฟฟาในครงเซลลรดกชน เรยกวา แคโนด (ขวบวก)

3) ครงเซลล A คอ ครงเซลลออกซเดชน ดงนนโลหะ A จงเปนขวแอโนด แสดงปฏกรยาดงน

A (s) A2+ (aq) + 2e-

4) ครงเซลล B คอ ครงเซลลรดกชน ดงนนโลหะ B จงเปนขวแคโนด แสดงปฏกรยาดงน

B2+ (aq) + 2e- B (s)

5) การเคลอนทของอเลกตรอนจะออกจากแอโนด (ขวลบ) ผานลวดตวนาไปยงแคโทด (ขวบวก)

ซงตรงขามกบการไหลของกระแสไฟฟา จะไหลจากแคโทด (ขวบวก) ไปยงแอโนด (ขวลบ)

6) เขมของมเตอรเบนไปทาง B แสดงวา อเลกตรอนเคลอนทจากขว A ไปยงขว B


ปฏกรยาเคมในเซลลกลวานก

เราทราบมาแลววา ลกษณะทว ๆ ไปของเซลลกลวานกประกอบดวย 2 ครงเซลล แตละครงเซลลจะมขวไฟฟาจมอยใน

สารละลายอเลกโทรไลต ขวไฟฟาจะตอเขากบมเตอรสาหรบวดความตางศกย และครงเซลลทงสองจะเชอมตอกนดวย

สะพานไอออน เมอครบวงจร จะเกดปฏกรยาเคม แลวเปลยนเปนพลงงานไฟฟา

ตอไปน เราจะศกษาวา เมอนาครงเซลลตาง ๆ มาตอกนเปนเซลลกลวานก จะเกดปฏกรยาถายโอนอเลกตรอนอยางไร

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


เมอตอครงเซลล Zn กบครงเซลล Cu เขาดวยกน โดยเชอมดวยสะพานไอออน และตอเขากบโวลตมเตอร

จะทาใหเซลลครบวงจร จะพบวา

1) เขมโวลตมเตอรจะเบนจากขว Zn ไปยงขว Cu อานคาความตางศกยได 1.10 โวลต

แสดงวา เกดการถายโอนอเลกตรอนจากขว Zn ไปยงขว Cu

โดยม Zn เปนฝายใหอเลกตรอน และ Cu2+ เปนฝายรบอเลกตรอน

2) Zn ใหอเลกตรอน เกดปฏกรยาออกซเดชน ทขวแอโนด แสดงปฏกรยา ดงน

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

Zn เมอใหอเลกตรอน จะเกดการผกรอน กลายเปน Zn2+

สารละลายจะมปรมาณ Zn2+ เพมขน ทาใหเกดการสะสมประจบวกมากขน

สะพานไอออนจะปรบสมดล โดยการเคลอนไอออนลบจากสะพานไอออน (NO3- )

ลงไปในสารละลาย


3) Cu2+ ในสารละลายครงเซลลทองแดง จะไปรบอเลกตรอน (ทเคลอนจากขว Zn มายงขว Cu) จะกลายเปน

โลหะ Cu มาเกาะทแผนทองแดง เกดปฏกรยารดกชนทขวแคโทด แสดงสมการไดดงน

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

4) เมอรวมปฏกรยาในแตละครงเซลลเขาดวยกน จะไดปฏกรยารดอกซ ดงน

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

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

5) ขว Zn เปนขวทอเลกตรอนไหลออก จงเปนขวลบ เกดปฏกรยาออกซเดชน และเปนขวแอโนด

6) ขว Cu เปนขวทอเลกตรอนไหลเขา จงเปน ขวบวก เกดปฏกรยารดกชน และเปนขวแคโทด

7) การเคลอนทของอเลกตรอน จะไหลออกจากแอโนด ผานลวดตวนา ไปยงแคโทด ซงตรงกนขามกบ

การไหลของกระแสไฟฟา ซงไหลจากแคโทด (ขวบวก) ไปยง แอโนด (ขวลบ)

ตอไปนนกเรยนจะไดศกษาการเขยนแผนภาพของเซลล ^__^

เมอ Cu2+ รบอเลกตรอน กลายเปนโลหะ Cu

ปรมาณ Cu2+ ในสารละลายจะลดลง ทาใหมไอออนลบมากกวา

สะพานไอออนจะปรบสมดล โดยการเคลอนไอออนบวก (K+) ลงในสารละลาย

เพอรกษาดลประ ทาใหอเลกตรอนไหลในวงจรไดตลอด

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+ (aq) + Cu (s) …………….…ปฏกรยารดอกซ


การเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

ในการศกษาเรองเซลลกลวานก ตองอาศยรปภาพของเซลลประกอบการอธบาย ทาใหเสยเวลา และไมสะดวก

เพอความสะดวกและประหยดเวลาในการพจารณาเกยวกบเซลลไฟฟาเคมในเรองของขวไฟฟาและปฏกรยาเคม

ทเกดขนในแตละเซลล

นกเคมจงไดตกลงกาหนดแผนภาพเซลล โดยใชสญลกษณตาง ๆ ทสามารถแสดงสวนประกอบของเซลลและ

ปฏกรยาทเกดขนได

ดงนน แผนภาพเซลล หมายถง สญลกษณตาง ๆ ทแสดงสวนประกอบและปฏกรยาของเซลลกลวานก

โดยมขอกาหนดเกยวกบการเขยนแผนภาพเซลล ดงน

หลกการเขยนแผนภาพเซลลไฟฟาเคม มดงน

1) เขยนครงเซลลออกซเดชนไวทางซาย โดยเขยนขวไฟฟาไวซายสด คนดวยขด ตามดวยไอออนใน

สารละลาย เชน A (s) A2+ (aq)

2) เขยนครงเซลลรดกชนไวทางขวามอ โดยเขยนไอออนในสารละลายกอน คนดวยขด ตามดวยขวไฟฟา

เชน B2+ (aq) B (s)

3) เขยนเสนคขนาน แทนสะพานไอออน กนระหวางครงเซลลทงสอง

4) ถาทราบความเขมขนของสารละลาย หรอทราบสถานะของสาร ใหเขยนไวในวงเลบ

ตามหลงดวยไอออนของสารนน ๆ เชน

A (s) A2+ (aq , 0.1 mol/dm3) B2+ (aq , 0.1 mol/dm3) B (s)

,

5) สาหรบครงเซลลทประกอบดวยขวไฟฟาแกส ใหระบความดนของแกส และเขยนเสน เดยว

คนระหวางโลหะกบแกส และระหวางแกสกบไอออนในสารละลาย เชน

Pt (s) H2 (g , 1 atm) H+ (aq , 0.1 mol/dm3) Cu2+ (aq) Cu (s)

Zn (s) Zn2+ (aq , 0.1 mol/dm3) H+ (aq , 0.1 mol/dm3) H2 (g , 1 atm) Pt (s)

6) สาหรบครงเซลลทมไอออนในสารละลายมากกวา 1 ชนด เชน Fe2+ (aq) , Fe3+ (aq) ใหใชเครองหมาย

จลภาค ( , ) คนระหวางไอออนทงสอง เชน

Pt (s) Fe2+ (aq) , Fe3+ (aq) Cu2+ (aq) Cu (s)

จากหลกการดงกลาว เมอนา 2 ครงเซลลมาตอกน สามารถนามาเขยนแผนภาพเซลลกลวานกได

หรอ จากแผนภาพเซลลกลวานกทกาหนดให กสามารถแยกเขยน ครงปฏกรยาออกซเดชนและ

ครงปฏกรยารดกชน และปฏกรยารดอกซได




ตวอยางท 1 จากแผนภาพเซลลทกาหนดให Pt (s) H2 (g , 1 atm) H+ (aq , 1 M) Ag+ (aq) As (s)

แสดงรายละเอยดไดดงน

ครงเซลลทเกดปฏกรยาออกซเดชน ครงเซลลทเกดปฏกรยารดกชน

ขวแอโนด คอ Pt ขวแคโทด คอ Ag

ออกซเดชน ; H2 (g) 2H+ (aq) + 2e- รดกชน ; 2Ag+ (aq) + 2e- 2Ag (s)

ปฏกรยารดอกซ H2 (g) + 2Ag+ (aq) 2H+ (aq) + 2Ag (s)

ทศทางการไหลของอเลกตรอน จาก Pt (s) ไปยง Ag (ขวแอโนด (-) ไปยงขวแคโทด (+))

ตวออกซไดซ คอ Ag+ (aq) ตวรดวซ คอ H2 (g)

จานวนอเลกตรอนในปฏกรยาของเซลล เทากบ 2

ตวอยางท 2 จากปฏกรยารดอกซตอไปน 2Co3+ (aq) + Mn (s) 2Co2+ (aq) + Mn2+ (aq)

แสดงรายละเอยดไดดงน


ขวแอโนด คอ Mn ขวแคโทด คอ Pt

ออกซเดชน ; Mn (s) Mn2+ (aq) + 2e- รดกชน ; 2Co3+ (aq) + 2e- 2Co2+ (s)

ปฏกรยารดอกซ 2Co3+ (aq) + Mn (s) 2Co2+ (aq) + Mn2+ (aq)

ทศทางการไหลของอเลกตรอน จาก Mn ไปยง Pt (ขวแอโนด (-) ไปยงขวแคโทด (+))

ตวออกซไดซ คอ Co3+ (aq) ตวรดวซ คอ Mn (s)


แบบฝกหดท 3 เรอง การเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

1) จากรปเซลลกลปวานกทกาหนดให จงตอบคาถามตอไปน


ขวแอโนด คอ…………………………….…………….. ขวแคโทด คอ………………………………………….

ตวออกซไดซ คอ………………………………………. ตวรดวซ คอ…………………………………………..

ปฏกรยาออกซเดชน คอ………………………………… ปฏกรยารดกชน คอ…………………………………….

ปฏกรยารดอกซ คอ………………………………………………………………………………………………………….

ทศทางการไหลของอเลกตรอน คอ ………………………………………………………………………………………….

แผนภาพเซลล คอ……………………………………………………………………………………………………………

2) กาหนดสมการให จงแสดงแผนภาพของเซลล

สมการรดอกซ แผนภาพของเซลล

Mg (s) + Sn2+ (aq) Mg2+ (aq) + Sn (s)

2Cr (s) + 3Pb2+ (aq) 2Cr3+(aq) + 3Pb (s)

3Zn (s) + 2Cr3+ (aq) 3Zn2+ (aq) + 2Cr (s)

Zn (s) + 2H+ (aq) Zn2+ (aq) + H2 (s)

H2 (g) + Cu2+ (aq) 2H+ (aq) + Cu(s)

3) จากแผนภาพเซลล จงแสดงสมการรดอกซ

แผนภาพเซลล แสดงสมการรดอกซ

Mg (s) Mg2+ (aq) Sn2+ (aq) Sn (s) Mg (s) + Sn2+ (aq) Mg2+ (aq) + Sn (s)

Zn (s) Zn2+ (aq) Ni (s) Ni2+ (aq)

Mg (s) Mg2+ (aq) Fe3+ (aq) Fe2+(aq) Pt (s)

Pt (s) H+ (aq) H2 (g , 1 atm) Cr3+ (aq) Cr (s)

Pb (s) Pb2+ (aq) Ag+ (aq) Ag (s)



ลาดบแนวความคด เรองศกยไฟฟาของเซลล



ครงเซลลสวนใหญจะประกอบดวยโลหะจมอยในสารละลายทมไอออนของโลหะนน ๆ

เชน Cu จมอยในสารละลายทม Cu2+

ครงเซลลแตละชนดจะมศกยไฟฟาประจาตว เรยกวา ศกยไฟฟาของครงเซลล

ครงเซลลตางชนดกน จะมคาศกยไฟฟาของครงเซลลไมเทากน ขนอยกบ ความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของ

ไอออนในครงเซลลนน ครงเซลลทมไอออนรบอเลกตรอนไดดกวา จะมศกยไฟฟาสงกวา

เมอตอครงเซลลตางชนดกน เขาดวยกน จะอานคาศกยไดจากมเตอร ศกยไฟฟาทเกดขน เรยกวา ศกยไฟฟาของเซลล

นยมใชหนวยเปน โวลต (volt , v)

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

ในทางปฏบต การหาคาศกยไฟฟาของครงเซลล ทาไดโดยการเปรยบเทยบ คอ

ตองกาหนดวา ครงเซลลใดครงเซลลหนง เปน ครงเซลลมาตรฐาน (สาหรบใชในการเปรยบเทยบ)

โดยครงเซลลมาตรฐาน คอ ครงเซลลทประกอบดวยสารละลายเขมขน 1 mol/dm3 ถามแกสเกยวของดวย

ตองมความดน 1 atm ทอณหภม 25 °C คาศกยไฟฟามาตรฐาน = 0.00 โวลต เขยนสญลกษณยอเปน E°

ครงเซลลมาตรฐานทจะใชเปรยบเทยบจะเปนครงเซลลใดกได เชน ครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq) ,

ครงเซลล Pb (s) Pb2+ (aq) เปนตน

เมอใชครงเซลลใด เปนมาตรฐานจะตองเตรยมใหอยในสภาวะ ดงน

ครงเซลลทใชเปนครงเซลลมาตรฐานเปรยบเทยบ จะใชครงเซลลใดกได

แตตองจดใหอยในสภาวะมาตรฐานตามทกาหนดใหดงกลาวแลว

สภาวะมาตรฐานทกาหนดใหเปนสภาวะเปรยบเทยบ ดงน

1) สารละลายในครงเซลล จะตองมความเขมขน 1 mol/dm3 และความเขมขนนจะตองคงท

2) ถาเปนแกส จะใชความดน 1 บรรยากาศ และตองมคาคงทตลอดไป

3) ตองใชอณหภมขณะทดลองคงท คอ เทากบ 25°C

4) ตองกาหนดคาศกยไฟฟาของครงเซลลมาตรฐาน = 0.00 โวลต


ตวอยางท 1 สมมตกาหนดใหครงเซลล Pb (s) Pb2+ (aq) ใชเปรยบเทยบ

เมอใชครงเซลล Pb (s) Pb2+ (aq) เปนครงเซลลมาตรฐานสาหรบเปรยบเทยบหาคาศกยไฟฟา

ของครงเซลล M (s) M2+ (aq) นามาตอเปนเซลลกลวานก ดงรป

จากรป สามารถอธบายไดวา

เขมของโวลตมเตอร จะเบนเขาหาขว M และอานคาศกยไฟฟาได 0.03 โวลต แสดงวา มอเลกตรอน

เคลอนทจากขว Pb ไปยงขว M (ขวแอโนด ไปยง ขวแคโทด))

ดงนน ครงเซลล Pb (s) Pb2+ (aq) เกดปฏกรยาออกซเดชน และครงเซลล M (s) M2+ (aq)

เกดปฏกรยารดกชน

โดยม Pb เปนขวแอโนด (ขวลบ) และ M เปนขวแคโทด (ขวบวก)

ความตางศกยไฟฟาของเซลล = ศกยไฟฟาแคโทด - ศกยไฟฟาแอโนด

หรอ E°cell = E°

cathode - E°anode

ดงนน 0.03 V = ศกยไฟฟาขว M - ศกยไฟฟาขว Pb

0.03 V = ศกยไฟฟาขว M - 0.00 V

ศกยไฟฟา M = + 0.03 V

จากการเปรยบเทยบกบครงเซลลมาตรฐาน จะเหนวา ศกยไฟฟาทวดได จะมคาเทากบศกยไฟฟา

ของครงเซลลนนๆ

ถาเขมมเตอรจะเบนเขาหาครงเซลลทนามาตอศกยไฟฟา ครงเซลลนนจะเปนบวก

แตถาอเลกตรอนเคลอนทเขาหาครงเซลลมาตรฐาน คาศกยไฟฟาครงเซลลนนจะเปนลบ


ศกยไฟฟาครงเซลลไฮโดรเจน

การใชครงเซลลทมขวไฟฟาเปนโลหะเปนมาตรฐาน ทาใหมขอบกพรอง คอ

ไมสามารถควบคมครงเซลลใหอยสภาวะมาตรฐานไดตลอดเวลา

เนองจาก เมอเกดปฏกรยา จะทาใหขวไฟฟาเกดการผกรอน หรอมโลหะมาเกาะ ทาใหควบคมความบรสทธไดยาก

และทาใหความเขมขนของสารละลายอเลกโทรไลตไมเทากบ 1 mol/dm3

ดวยเหตผลดงกลาว นกเคมจงไดกาหนดครงเซลลมาตรฐานสากล ทมคณสมบต คอ

ขวไฟฟาไมมการผกรอน และสามารถควบคมใหสภาวะของครงเซลลอยในมาตรฐานได

จงกาหนด ครงเซลลมาตรฐานเพอใชในการเปรยบเทยบ คอ ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

ลกษณะสาคญของครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

การหาศกยไฟฟาของครงเซลล ทาไดดงน

1) นาครงเซลลทตองการคา E° มาตอเปนเซลลกลวานก กบ ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

แลวอานคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลล

2) สงเกตการเบนของเขมโวลตมเตอร

ถาเขมเบนไปทางขวใด แสดงวาขวนนเปนขวบวก (แคโทด)

สวนเขมทเบนออกจะเปนขวลบ (แอโนด) ………………….. (แอโนด (-) ไป แคโทด (+))

3) กาหนดใหคาศกยไฟฟาของครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน = 0.00 โวลต

4) คานวณหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล ดวยสตร


หรอ E°cell = E°

cathode - E°anode

ประกอบดวยแผนแพลทนมแบลค (Platinum black , Pt ) จมอยในสารละลายกรด HCl เขมขน 1 mol/dm3

ทมแกสไฮโดรเจน (H2) ทมความดน 1 บรรยากาศ อณหภม 25 °C

ผานลงไปบนผวของแพลทนมแบลคตลอดเวลา

แพลทนมแบลค ทเปนขวไฟฟา เปนรพรนทาใหมพนทผวสมผสมาก

จะทาหนาทคลายเปนตวเรงปฏกรยา และรกษาสมดลระหวางแกส H2 และ H+ ตลอดเวลา

ดงสมการ 2H+ (aq , 1 mol/dm3) + 2e - H2 (g , 1 atm) E° = 0.00 V


ตวอยางท 1 เมอตองการหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล Zn (s) Zn2+ (aq) ทาไดดงน

แนวคด ทาไดโดยนาครงเซลล Zn (s) Zn2+ (aq) มาตอกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน ดงรป

ครงเซลล Zn (s) Zn2+ (aq) ครงเซลล Pt (s) H2 (1 atm) H+ (1.0 mol / dm3)

เมอตอครงเซลลสงกะส กบ ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน โดยมโวลตมเตอรตออย พบวา

เขมของโวลตมเตอรเบนจากขว Zn ไปยงขว Pt (ทผานดวย H2)

แสดงวาขว Zn ใหอเลกตรอน (ปฏกรยาออกซเดชน) เปนขวแอโนด

และขว Pt (H2) รบอเลกตรอน (ปฏกรยารดกชน) เปนขวแคโทด

ดงสมการ

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- ; ออกซเดชน

2H+ (aq) + 2e- H2 (g) ; รดกชน

อานคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลไดจากโวลตมเตอร = 0.76 โวลต

ดงนน หาคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลสงกะส (ขวแอโนด) ได ดงน


E°cell = E°

cathode - E°anode

แทนคา 0.76 V = 0.00 V - E°anode

E°anode = - 0.76 V

ตอบ ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลสงกะส = - 0.76 โวลต


ตวอยางท 2 เมอตองการหาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq) ทาไดดงน

แนวคด ทาไดโดยนาครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq) มาตอกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน ดงรป

ครงเซลล Pt (s) H2 (1 atm) H+ (1.0 mol / dm3) ครงเซลล Cu (s) Zn2+ (aq)

เมอตอครงเซลลสงกะส กบ ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน โดยมโวลตมเตอรตออย พบวา

เขมของโวลตมเตอร เบนจากขว Pt (H2) ไปยงขว Cu

แสดงวาขว Pt (H2) ใหอเลกตรอน (ปฏกรยาออกซเดชน) เปนขวแอโนด

และ ขว Cu รบอเลกตรอน (ปฏกรยารดกชน) เปนขวแคโทด

ดงสมการ

H2 (g) 2H+ (aq) + 2e- ; ออกซเดชน

Cu (aq) + 2e- Cu (s) ; รดกชน

อานคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลไดจากโวลตมเตอร = 0.34 โวลต

หาคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลทองแดง (ขวแคโทด) ดงน


E°cell = E°

cathode - E°anode

แทนคา 0.34 V = E°cathode - 0.00 V

E°cathode = + 0.34 V

ตอบ ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลสงกะส = + 0.34 โวลต

หมายเหต : คา E° ใชเปนคาเปรยบเทยบความสามารถในการใหและรบอเลกตรอนของไอออนตาง ๆ ได

ถาคา E° มากกวา แสดงวามความสามารถในการรบอเลกตรอนไดดกวา

และเกดปฏกรยารดกชนไดดกวา และเปนตวออกซไดซทดกวา


เนองจากศกยไฟฟามาตรฐานของแตละครงเซลล เปนคาคงทเฉพาะสาหรบครงเซลลชนดนน

ดงนนการกาหนดคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล จงตองระบดวยวา เปนคาศกยไฟฟาของปฏกรยารดกชน หรอปฏกรยา

ออกซเดชน แตมาตรฐานสากลกาหนดใหใชปฏกรยาครงเซลลรดกชนเปนครงเซลลมาตรฐาน ดงแสดงในตาราง

ตารางแสดง คาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชนท 298 K


ประโยชนของศกยไฟฟามาตรฐานครงเซลล

เราทราบคาศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล เมอนาไปเปรยบเทยบกบครงเซลลไฮโดรเจน และยงทาใหทราบวา

อเลกตรอนจะไหลจากขวทม ศกยไฟฟาตา ไปยง ศกยทมขวไฟฟาสง

แสดงวา ครงเซลลทรบอเลกตรอน (รดกชน) จะมศกยไฟฟาสงกวา ครงเซลลทใหอเลกตรอน (ออกซเดชน)

หรอขวทรบอเลกตรอน (ขวแคโทด) จะมศกยไฟฟาสงกวา ขวทใหอเลกตรอน (ขวแอโนด)

ดงนน ศกยไฟฟาของเซลล = ศกยไฟฟาของแคโทด - คาศกยไฟฟาของแอโนด

E°cell = E°

cathode - E°anode

เมอทราบคา Eo ของครงเซลลตาง ๆ สามารถนาคา Eo มาใชประโยชนไดอยางมากมาย เชน

ใชหาความสามารถในการใหและรบอเลกตรอน

ใชหาความสามารถในการเปนตวออกซไดซ และตวรดวซ

การพจารณาเกยวกบประโยชน และลกษณะทสาคญของคา Eo มดงน

1. ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล แบงเปน ชนด คอ

1.1) ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชน (ความสามารถในการรบอเลกตรอน)

ใชเปรยบเทยบความสามารถในการรบอเลกตรอน

ครงเซลลรดกชนทมคา Eo มากกวา จะมความสามารถในการรบอเลกตรอนไดดกวา

Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) ; Eo = +0.34 V

Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) ; E o = - 0.76 V

จะเหนไดวา ครงเซลลรดกชน Cu (s) Cu2+ (aq) มคา E o มากกวา จงมความสามารถในการรบ

อเลกตรอนไดดกวาครงเซลล Zn (s) Zn2+ (aq)

1.2) ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลออกซเดชน (ความสามารถในการใหอเลกตรอน

ใชเปรยบเทยบความสามารถในการใหอเลกตรอน

ครงเซลลออกซเดชนทมคา Eo มากกวา จะมความสามารถในการใหอเลกตรอนไดดกวา

Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e- ; Eo = - 0.34 V

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- ; E o = + 0.76 V

จะเหนไดวา ครงเซลลออกซเดชน Zn (s) Zn2+ (aq) มคา E o มากกวา จงมความสามารถในการให

อเลกตรอนไดดกวาครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq)

หมายเหต

ถาครงเซลลใด ๆ ไมกาหนดสมการของปฏกรยา แตกาหนดใหเฉพาะคา E o เพยงอยางเดยว

คา E o ทกาหนดใหน หมายถงคา E o ในครงเซลลแบบรดกชน

เพราะคา E o แบบรดกชนเปนคาทใชเปนหนวยในระบบ SI


2. คา E o ใชเปรยบเทยบความสามารถในการออกซไดซ และรดวซของโลหะหรอไอออนของโลหะไดดวย

คอ ถาครงเซลลใดมคา E o มาก ไอออนของโลหะนนจะเปนตวออกซไดซทด (เปนตวรดวซไมด

( ตวออกซไดซ คอ ตวทรบอเลกตรอน สวนตวรดวซ คอ ตวทใหอเลกตรอน )

ตวอยาง กาหนดใหคา E o ของครงเซลลตอไปน จงเรยงลาดบความสามารถในการเปนตวออกซไดซ

และตว รดวซ จากมากไปนอย

Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) ; E o = + 0.34 V

Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) ; E o = - 0.76 V

Fe2+ (aq) + 2e- Fe (s) ; E o = - 0.41 V

Al3+ (aq) + 3e- Al (s) ; E o = - 1.66 V

แนวคด คา E o มาก เปนตวรบอเลกตรอนด เปนตวออกซไดซทด (เปนตวรดวซไมด)

ลาดบตวออกซไดซ จากมากไปหานอย Cu2+ > Fe2+ > Zn2+ > Al3+

ลาดบตวรดวซจากมากไปหานอย Al > Zn > Fe > Cu

(ไมใช Al3+ > Zn2+ > Fe2+ > Cu2+) เนองจาก

Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e- ; E o = - 0.34 V

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- ; E o = + 0.76 V

Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e- ; E o = + 0.41 V

Al (s) Al3+ (aq) + 3e- ; E o = + 1.66 V

3. คา E o สามารถใชคานวณหาคาศกยไฟฟาของเซลลไดดงน

ศกยไฟฟาของเซลล = ศกยไฟฟาของแคโทด - ศกยไฟฟาของแอโนด

E o cell = E o

cathode - E o

anode

ตวอยาง จากคา E o ทกาหนดใหตอไปน จงหาศกยไฟฟาของเซลล (E o

cell )

Fe2+ (aq) + 2e- Fe (s) ; E o = - 0.41 V

Al3+ (aq) + 3e- Al (s) ; E o = - 1.71 V

แนวคด พจารณาคา E o จะเหนวา ครงเซลลของ Fe (s) Fe2+ (aq) มากกวาครงเซลล Al (s) Al3+ (aq)

ดงนน Fe เปนแคโทด และ Al เปนแอโนด

หาคาศกยไฟฟาของเซลลไดดงน

ศกยไฟฟาของเซลล = ศกยไฟฟาของแคโทด - ศกยไฟฟาของแอโนด

E o cell = E o

cathode - E o

anode

= ( - 0.41 V ) - ( - 1.71 V)

= - 0.41 V + 1.71 V = + 1.30 V


4. คา E o นอกจากจะใชหาคาศกยไฟฟาของเซลล (E o

cell) แลว ยงสามารถหาคาศกยไฟฟาของครงเซลลอน ๆ ได

ตวอยางท 1 กาหนดคา E o ใหดงตอไปน จงหาคา E o ของครงเซลล

Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) ; E o = - 0.76 V

A (s) A2+ (aq) Zn2+ (aq) Zn (s) ; E ocell

= + 1.62 V

จงหาคา E o ของครงเซลล A (s) A2+ (aq) และ แสดงปฏกรยาทเกดขนในเซลล ขวแอโนด ขวแคโทด

ตวออกซไดซ และตวรดวซ

แนวคด พจารณาจากแผนภาพเซลล A (s) A2+ (aq) Zn2+ (aq) Zn (s) จะพบวา

A เปนขวแอโนด และ Zn เปนขวแคโทด (ปฏกรยารดกชน ; รบอเลกตรอน)

จงตอบคาถามไดดงน

E ocell

= E ocathode

- E oanode

+1.62 V = - 0.76 V - E oanode

E oanode

= - 0.76 V – 1.62 V = - 2.38 V

ตอบ ครงเซลล A (s) A2+ (aq) มคา E o เทากบ + 2.38 โวลต

ปฏกรยาทเกดขนในเซลล

ทขวแอโนด A (s) A2+ (aq) + 2e-

ทขวแคโทด Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s)

ปฏกรยาของเซลล A (s) + Zn2+ (aq) A2+ (aq) + Zn (s)

ตวรดวซ คอ A เพราะเกดปฏกรยาออกซเดชน (ใหอเลกตรอน)

ตวออกซไดซ คอ Zn2+ เพราะเกดปฏกรยารดกชน (รบอเลกตรอน)

ตวอยางท 2

ถานาครงเซลล Al (s) Al3+ (aq , 1 mol/dm3) กบครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq , 1 mol/dm3)

ท 25°C มาตอกบเซลลกลวานก ศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลนมคาเทาใด

(ศกยไฟฟารดกชนมาตรฐาน Al3+ (aq) + 3e- Al (s) E° = - 1.68 V

Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) E° = +0.34 V )

ครงเซลล Cu (s) Cu2+ (aq , 1 mol/dm3) มคาสงกวา แสดงวารบอเลกตรอนไดดกวา จงเปนแคโทด

สวนครงเซลล Al (s) Al3+ (aq , 1 mol/dm3) เปนแอโนด

ศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลหาได ดงน

E ocell

= E ocathode

- E oanode

= + 0.34 V - ( - 1.68 V )

= + 0.34 V + 1.68 V = 2.02 V

ตอบ เซลลนมศกยไฟฟามาตรฐาน 2.02 โวลต


5. คา E o ใชทานายทศทางของการเกดปฏกรยา

ถา E ocell มคาเปนบวก คอ มคามากกวา 0 แสดงวา ปฏกรยารดอกซเกดขนไดจรงตามสมการทเขยน

ถา E ocell มคาเปนลบ คอ มคานอยกวา 0 แสดงวา ปฏกรยารดอกซไมเกดขนไดจรงตามสมการทเขยน

ตวอยาง จงพจารณาสมการตอไปนวาเกดขนไดจรงตามทเขยนไวหรอไม พรอมใหเหตผลประกอบดวย

1. Zn (s) + Mg2+ (aq) Zn2+ (aq) + Mg (s)

2. 2I- (aq) + Br2 (g) I2 (g) + 2Br- (aq)

กาหนดคา E oใหดงน

Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) ; E o = - 0.76 V

Mg2+ (aq) + 2e- Mg (s) ; E o = - 2.37 V

I2 (aq) + 2e- 2I- (aq) ; E o = +0.54 V

Br2 (aq) + 2e- 2Br- (aq) ; E o = +1.08 V

แนวคด

ขอ 1 จากสมการทเขยน แสดงวา Zn ใหอเลกตรอน แสดงวา เกดปฏกรยาออกซเดชน (ขวแอโนด)

สวน Mg2+ รบอเลกตรอน แสดงวา เกดปฏกรยารดกชน (ขวแคโทด)

คานวณหาคา E ocell ไดดงน

E ocell

= E ocathode

- E oanode

= - 2.37 V - (- 0.76 V)

= - 2.37 V + 0.76 V = - 1.61 V

เนองจากคา E ocell

เปนลบ หรอนอยกวา 0 แสดงวาปฏกรยาน ไมเกดจรง ตามสมการทเขยน

หรอ ปฏกรยาทเกดขน จะสงเกตไมเหนการเปลยนแปลง

ขอ 2 จากสมการทเขยนแสดงวา I2 ใหอเลกตรอน แสดงวาเกดปฏกรยาออกซเดชน จงเปนขว แอโทด

สวน Br2 รบอเลกตรอน แสดงวาเกดปฏกรยารดกชน จงเปนขว แคโนด

คานวณคา E ocell ไดดงน

E ocell

= E ocathode

- E oanode

= +1.08 V - 0.54 V = + 0.54 V

เนองจากคา E ocell

เปนบวก หรอมากกวา 0 แสดงวาปฏกรยาน เกดขนจรง ตามสมการทเขยน

หรอ ปฏกรยาทเกดขน จะสงเกตเหนการเปลยนแปลง เชน อาจพบฟองแกสเกดขน ฯลฯ


แบบฝกหดท 4 เรอง ประโยชนศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล


เซลลความเขมขน

การนา 2 ครงเซลล มาตอเปนเซลลกลวานก เมอเรมตนใช คาศกยไฟฟาจะมาก และเมอใชไปนาน ๆ

คาศกยไฟฟาจะลดลง

เพราะเมอเวลาผานไปความเขมขนของไอออนในสารละลายของครงเซลลรดกชน (รบอเลกตรอน) ลดลง

ในขณะทความเขมขนของไอออนในสารละลายครงออกซเดชน (ใหอเลกตรอน) เพมขน

แสดงวา ความเขมขนของไอออนในสารละลายอเลกโทรไลต มผลตอศกยไฟฟาของเซลล

จงสามารถสรางเซลลกลปวานกจากครงเซลลชนดเดยวกน และใชความเขมขนของสารละลายอเลกโทรไลตแตกตางกน

ได เรยกเซลลชนดนวา เซลลความเขมขน ดงตอไปน

เมอเรมตนใช ความเขมขนของสารละลายแตละครงเซลลตางกน เซลลมความตางศกย 0.296 โวลต

เซลลความเขมขน ถกนามาประยกตสาหรบการหา pH ของสารละลาย

โดยใชครงเซลลไฮโดรเจน 2 ครงเซลลมาตอเขาดวยกน

โดยทครงเซลลหนง ทราบความเขมขน [H+] เปนแคโทด อกเซลลหนงจมลงในสารละลายทตองการหา [H+]

หรอ pH ทแอโนด

ทแอโนด : สารละลายม Cu2+ เขมขน 0.1 mol/dm3 แผนทองแดงจะให e- ทาใหความเขมขน Cu2+ เพมขน

ทแคโนด : สารละลายม Cu2+ เขมขน 1.0 mol/dm3 ในสารละลายจะรบ e- ความเขมขนของสารละลายจะลดลง

เมอเวลาผานไป ความเขมขนของ Cu2+ เทากน ระบบเขาสภา วะสมดล กระแสไฟฟาจะหยดไหล


ประเภทเซลลกลวานก

ลาดบแนวความคด เรอง ประเภทของเซลลกลวานก

Fd

-

เซลลกลวานกจาแนกไดเปน 2 ประเภทคอเซลลปฐมภมและเซลลทตยภม เซลลกลวานกทใชงานจน

กระแสไฟฟาหมดแลวไมสามารถประจไฟใหมไดเรยกวา เซลลปฐมภม และเซลลกลวานกทใชงานจนกระแสไฟฟา

หมดแลวสามารถนามาประจไฟใหมไดเรยกวา เซลลทตยภม

ถานไฟฉายประกอบดวยแทงแกรไฟตอยตรงกลางเปนแคโทด กลองทาดวยสงกะสเปนแอโนด

มอเลกโทรไลตคอสารผสมแมงกานส(IV) ออกไซด แอมโมเนยมคลอไรด ซงคคลอไรด แปงเปยก

เซลลแอลคาไลนเปนเซลลปฐมภมพฒนามาจากถานไฟฉาย สวนประกอบคลายกนคอแอโนดเปนสงกะส แคโทด

เปนแกรไฟต แตใชสารละลาย KOH และ NaOH เปนอเลกโทรไลต มศกยไฟฟาประมาณ . โวลต

เซลลปรอทมสวนประกอบคลายกบเซลลแอลคาไลน แตใชเมอรควร (II) ออกไซดและแผนเหลกเปนแคโทด

สงกะสเปนแอดโนด สารอเลกโทรไลตคอ NaOH ผสม Zn(OH)2 มศกยไฟฟาประมาณ

. โวลต

เซลลเงนมสวนประกอบและการเกดปฏกรยาคลายกบเซลลแอลคาไลน ใชสงกะสเปนแอโนด และใชเหลกท

สมผสกบซลเวอรออกไซดเปนแคโทด สารอเลกโทรไลตคอ KOH ผสมกบ Zn(OH)2 มศกยไฟฟาประมาณ โวลต ขนาด

เลกอายการใชงานนาน

เซลลเชอเพลงเปนเซลลปฐมภมทตองผานสารตงตนทเปนเชอเพลง เขาไปทขวแอโนด แคโทดตลอดเวลา เพอให

เชอเพลงเกดปฏกรยาสนดาปภายในเซลลแลวใหพลงงานไฟฟาออกมา เซลลชนดนไมสามารถเกบพลงงานเคมไวตอง

ผานสารตงตนเขาไปตลอดเวลา


ประเภทของเซลลกลวานก

การศกษาเกยวกบปฏกรยาไฟฟาเคมทาใหเราทราบวา ปฏกรยาเคมทาใหเกดกระแสไฟฟาได

และในทางตรงกนขามกระแสไฟฟาทาใหเกดปฏกรยาเคมได

ทงสองประการนเปนหลกของเซลลกลวานก และเซลลอเลกโทรไลต ตามลาดบ

ในตอนนจะกลาวถงประโยชนของเซลลกลวานกทสามารถนามาประยกตใชในชวตประจาวน

เซลลกลวานก คอ เซลลไฟฟาเคม ทผลตกระแสไฟฟาจากปฏกรยาเคม

เซลลกลวานก แบงออกเปน 2 ชนด คอ

1) เซลลปฐมภม ( Primary cell )

คอ เซลลไฟฟาทเมอสรางขนแลวสามารถนาไปใชไดทนท เมอใชไปนาน ๆ กระแสไฟฟาจะหมด

เนองจากปฏกรยาเกดขนอยางสมบรณ และทาใหเกดปฏกรยายอนกลบไมได

เมอกระแสไฟฟาหมดจะไมสามารถนามาใชไดอก

ไดแก ถานไฟฉาย เซลลแอลคาไลน เซลลเงน เซลลปรอท

2) เซลลทตยภม ( Secondary cell หรอ Reversible cell)

คอ เซลลไฟฟาทสรางเสรจแลวตองนาไปอดไฟเสยกอนแลวจงจะนาไปใชเพอจายกระแสไฟฟาออกได

เมอใชไปแลวสวนประกอบบางสวนจะหมด และแปรสภาพไป แตอาจกลบคนสสภาพเดมไดอก

โดยวธนาเซลลไฟฟาอดไฟใหม เชน เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว เซลลนกเกล – แคดเมยม

เซลลปฐมภม เชน ถานไฟฉาย เซลลแอลคาไลน เซลลเงน และเซลลปรอท

ถานไฟฉายเปนเซลลปฐมภมชนด เซลลแหง

เพราะ สารทเปนอเลกโทรไลตไมใชของเหลว

อาจเรยกอกชอหนงวา เซลลเลอคลงเช (Leclanche cell)

โดยม Georges Leclanche เปนวศวกรชาว

ฝรงเศสเปนผประดษฐขนระหวางป ค.ศ.

ถานไฟฉาย มศกยไฟฟาของเซลลประมาณ 1.5 V ถาใชไปนาน ๆ ศกยไฟฟาของเซลลจะเหลอประมาณ 0.8 V

ขณะทเกดปฏกรยา จะเกดสารผลตภณฑสะสมอยในภายเซลล

ถาเกบสะสมนไว ไมใชเปนเวลาประมาณ 1 วน ศกยไฟฟาของเซลลจะกลบเพมเปน 1.3 V

ขณะนน สารผลตภณฑจะผสมอยกบสารอเลกโทรไลต

. ถานไฟฉาย


สวนประกอบของถายไฟฉาย

เมอผาถานไฟฉายออกด จะพบสวนประกอบภายในของถานไฟฉาย ดงรปตอไปน

จากรป จะเหนองคประกอบ ดงน

เปนรปทรงกระบอกทภายนอกทาดวยโลหะสงกะส เปนขวแอโนด (ขวลบ)

ตรงกลางเปนแทงคารบอนหรอแกรไฟต เปนขวแคโทด (ขวบวก)

รอบ ๆ แทงคารบอนจะมสารททาหนาทเปนอเลกโทรไลต

มลกษณะเปนของผสมทชน ประกอบดวยแอมโมเนยมคลอไรด (NH4Cl)

แมงกานส (IV) ออกไซด (MnO2) ซงคคลอไรด (ZnCl2) และกาว

สารทงหมดนบรรจอยในกลองสงกะส ททาหนาทเปนขวไฟฟา

ดานนอกของกลองอาจเคลอบดวยส หรอหมดวยกระดาษ


ปฏกรยาเคมภายในเซลล

เมอตอถานไฟฉายใหครบวงจร จะมปฏกรยาเกดขนในถานไฟฉายดงน

จากปฏกรยาของเซลล จะเหนวา

เกดแกส NH3 เกดขนทขวแคโทด จะทาใหระบบมความดนเพมขน

เกด H2O เกดขน จะทาใหระบบมความชน

เมอเกดปฏกรยาไปนาน ๆ ความดนจะเพมมากขน ทาใหเซลลแตกหรอเสยหายได ดงนน ภายในเซลลถานไฟฉาย

จงลดความดนลง โดยแกส NH3 นจะทาปฏกรยากบ Zn2+ เกดสารเชงซอน [Zn(NH3)42+]] ดงน

Zn2+ (aq) + 4 NH3 (g) [Zn(NH3)42+]] (aq)

Zn2+ (aq) + 2 NH3 (g) + H2O (l) [Zn(H2O)2(NH3)42+] (aq)

การเกดไอออนเชงซอนจะชวยรกษาความเขมขน Zn2+ ไมใหสงขน จงทาใหศกยไฟฟาของเซลลเกอบคงท

ตลอดเวลานานพอสมควร

และยงชวยปองกนไมใหโมเลกลของแกส NH3 ซงเปนฉนวนรวมตวกนเปนชนบาง ๆ ไปเกาะทผวแคโทด

เรยกวาเกด Polarization ซงจะทาใหกระแสไฟฟาหยดไหล หรอลดลงได

ถานไฟฉาย เมอใชไปนาน ๆ ความตางศกยจะลดลง จนในทสด เสอมสภาพหรอ เรยกวา ถานหมด

กระแสไฟฟาจะหยดไหล และศกยไฟฟาเปนศนย

ทแอโนด (ขวลบ) ; สงกะสเกดปฏกรยาออกซเดชน สงกะสจะเสยอเลกตรอน

(ขว Zn) คอ อเลกตรอนจะเคลอนทจากสงกะสผานตวนาไปยงขวคารบอน

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

ทแคโทด (ขวบวก) ; จะเกดปฏกรยารดกชน โดย NH4+ จาก NH4Cl และ MnO2

(ขว C) ทอยรอบ ๆ แทงคารบอน จะรบอเลกตรอน กลายเปน NH3 และ H2O

2NH4+(aq) + 2MnO2 (s) + 2 e- Mn2O3 (s) + 2 NH3 (g) + H2O (l)

ปฏกรยาของเซลล (ปฏกรยารดอกซ)

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


แบบฝกหดท 5 เรอง ถานไฟฉาย


หมายเหต ถานไฟฉายเปนผลตภณฑทมนาอยดวย อาจไหลออกมาได ทาใหวงจรไฟฟาของเครองใชไฟฟาเกดสนม

ดงนน จงควรตรวจลกษณะของถานไฟฉายอยเสมอ หรอนาถานไฟฉายออก เมอไมใชอปกรณเหลา

นนเปนเวลานาน

เซลลปฐมภม (ตอ)

เซลลแอลคาไลน (Alkaline cell) เปนเซลลปฐมภมชนดหนง ทใชหลกการเชนเดยวกบถานไฟฉาย

สวนประกอบตาง ๆ คลายกน แตตางกนท เซลลแอลคาไลนใชสารละลายโพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH)

เปนสารละลายอเลกโทรไลต แทนแอมโมเนยมคลอไรด (NH4Cl)

เนองจากใช KOH เปนสารละลายอเลกโทรไลต จงมชอวา เซลลแอลคาไลน (แปลวาดางหรอเบส)

สวนประกอบของเซลลแอลคาไลน

ปฏกรยาเคมของเซลลแอลคาไลน

เมอตอเซลลชนดนครบวงจร เกดปฏกรยาทขวไฟฟา ดงน

เซลลนมศกยไฟฟาประมาณ 1.54 โวลต แตใหกระแสไฟฟามากกวาและนานกวาถานไฟฉาย

เพราะ ทแคโทด (C) เกดปฏกรยาแลวได OH- ซงสามารถนากลบมาใชใหมไดอก

และสงกะสผกรอนไดนอยเมออยในสารละลายเบส

กระแสไฟฟาทไดคอนขางคงท และไอออนเคลอนทไดดในสารละลายอเลกโทรไลตทเปนเบส

. เซลลแอลคาไลน

ทแอโนด (ขวลบ) : ทแอโนดจะถกลอมรอบดวยสารละลายผสมระหวาง Zn กบ KOH

(ขว Zn) มลกษณะเปนกาว

ทแคโนด (ขวบวก) : ทแคโทด มสารผสมระหวางแมงกานส (IV) ออกไซด กบแกรไฟต (C)

สารละลายอเลกโทรไลต คอ โพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH)

ทแอโนด (ขวลบ) : จะเกดปฏกรยาออกซเดชน โดย Zn จะทาปฏกรยากบ OH-

ใหอเลกตรอนออกมาผานตวนาไปยงคารบอน

Zn (s) + 2 OH- (aq) ZnO2 (s) + H2O (l) + 2e-

ทแคโทด (ขวบวก) : จะเกดปฏกรยารดกชน โดย H2O และ MnO2 ซงเปนอเลกโทรไลต

จะรบอเลกตรอน แลวกลายเปน Mn2O3 และ OH-

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

ซง OH- ทไดจะนากลบไปใชทแอโนดไดอก

ปฏกรยาของเซลล : Zn (s) + 2MnO2 (s) ZnO (s) + Mn2O3 (s)


รปแสดงสวนประกอบของเซลลแอลคาไลน



เซลลปรอท (Mercurry cell) หรอเซลลเมอรควร หรอ เซลลรบน – มาลอร (Robin – Mallory cell)

จดเปนเซลลปฐมภมเชนเดยวกบเซลลแอลคาไลน

ใชหลกการเดยวกนและมลกษณะคลายกน แตเปลยนจากแมงกานส (IV) ออกไซด เปน เมอรควร (II) ออกไซด (HgO) ม

รายละเอยด ดงน

สวนประกอบของเซลลปรอท

3. เซลลปรอท

1) ภาชนะภายนอกเปนกลองโลหะ

2) ทขวแอโนด (ขวลบ) เปนสารผสมของสงกะสอะมลกม และโพแทสเซยมไฮดรอกไซด

3) ขางในแบงเปนชน ๆ ชนบนบรรจ KOH ในรปสารอเลกโทรไลต

ชนลางบรรจสารผสมของ HgO และ แกรไฟต

ซงทาหนาทเปนแคโทด ดงรป


ปฏกรยาเคมภายในเซลลปรอท

เซลลปรอทเปนเซลลทมขนาดเลก มศกยไฟฟาประมาณ 1.3 โวลต มกระแสไฟฟาตากวาเซลลแอลคาไลน

ขอด คอ ทาใหเกดศกยไฟฟาเกอบคงทตลอดอายการใชงาน และไมพอง ไมบวม ไมชน

เซลลชนนมขนาดเลก จงสะดวกตอการใชกบอปกรณทมขนาดเลก ๆ เชน เครองฟงเสยงสาหรบคนพการ เกมสกด นาฬกา

ขอมอ เครองคดเลข กลองถายรป เปนตน

ทแอโนด (ขวลบ) : Zn จะเกดปฏกรยาออกซเดชน โดย Zn จะทาปฏกรยากบ OH-

ใหอเลกตรอนออกมา ได ZnO และ H2O ดงสมการ

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

ทแคโทด (ขวบวก) : HgO จะเกดปฏกรยารดกชน โดย HgO และ H2O จะรบอเลกตรอน

เกดปฏกรยาได OH- และ Hg ดงสมการ

HgO (s) + H2O (l) + 2e- Hg (l) + 2OH- (aq)


ปฏกรยาของเซลล : Zn (s) + HgO (s) ZnO (s) + Hg (s)

(ถาเปนเซลลแอลคาไลน MnO2)


แบบฝกหดท 5 เรอง เซลลแอลคาไลนและเซลลปรอท



เซลลเงน (Zinc – silver oxide cell หรอ Button Battery)

จดเปนเซลลปฐมภมอกชนดหนง เพราะ ใชแลวไมสามารถประจไฟได

หลกการทวไป เหมอนเซลลแอลคาไลน แตเปลยนมาใชซลเวอรออกไซด (Ag2O)

แทน แมงกานส (IV) ออกไซด (MnO2) มรายละเอยด ดงน

สวนประกอบของเซลลเงน

4. เซลลเงน

ภาชนะภายนอกเปนโลหะ มแผนดบกกนอยสวนบนใตฝาครอบเชอมกบเกลดสงกะส ทาหนาทเปน

แอโนด

ภายในบรรจสารละลายโพแทสเซยมไฮดรอกไซดเปนชน ๆ จากบนลงลาง

ชนลางสดเปน AgO ทาหนาทเปนแคโทด ดงรป


ปฏกรยาเคมภายในเซลลเงน

เซลลเงนมคาศกยไฟฟาประมาณ 1.5 โวลต

ภายหลงทซลเวอรออกไซดถกใชในการเกดปฏกรยาสมบรณ เซลลนยงเกดปฏกรยารดกชนตอไป โดยท Ag2O

เปลยนเปนโลหะเงน (Ag) แตจะใหศกยไฟฟาของเซลลตาลง ดงสมการของปฏกรยาน

เซลลเงนมอายการใชงานนานกวาเซลลปฐมภมชนดอน ๆ แตมราคาแพงมากกวา เพราะเซลลนประกอบดวยโลหะเงน

ประโยชนทนามาใช ไดแก นาฬกาขอมอ เครองคดเลขไฟฟา และกลองถายรปอตโนมต เปนตน

ทแอโนด (ขวลบ) : Zn จะเกดปฏกรยาออกซเดชน โดย Zn จะทาปฏกรยากบ OH-

ใหอเลกตรอนออกมา ได ZnO และ H2O ดงสมการ

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

ทแคโทด (ขวบวก) : Ag2O จะเกดปฏกรยารดกชน โดย Ag2O และ H2O จะรบอเลกตรอน

เกดปฏกรยาได OH- และ Ag ดงสมการ

Ag2O (s) + H2O (l) + 2e- Ag (s) + 2OH- (aq)


ปฏกรยาของเซลล : Zn (s) + Ag2O (s) ZnO (s) + 2Ag (s)


แบบฝกหดท 6 เรอง เซลลปรอทกบเซลลเงน



เซลลเชอเพลง เปนเซลลปฐมภมทตองผานสารตงตนเขาไปทแอโนดและแคโทดตลอดเวลา

เมอเชอเพลงเกดปฏกรยาสนดาปภายในเซลล จะใหพลงงานไฟฟาออกมาได

เรยกชอตามชนดของเชอเพลงทใช อาจเปนแกส เชน ไฮโดรเจน ออกซเจน มเทน แอมโมเนย หรออาจเปนของเหลว เชน

เอทลนไกลคอล เมทานอล เปนตน

ตวอยางเซลลเชอเพลง ไดแก

1) เซลลเชอเพลงไฮโดรเจน – ออกซเจน

เปนเซลลทใชแกสไฮโดรเจนและแกสออกซเจนเขาไปในชองแอโนด (ขวลบ) และแคโทด (ขวบวก) ตามลาดบ

โดยใชสารละลาย NaOH และ KOH เขมขน เปนอเลกโทรไลต

แอโนด และแคโทด ใชแกรไฟต ผสมแพลทนม (Pt) หรอแพลเลเดยม (Pd) ซงเปนตวเรงปฏกรยาทขวไฟฟา

แบงตามชนดของอเลกโทรไลตได 2 ชนด ดงน

1.1 เซลลเชอเพลง H2 - O2 ชนดทใช Na2CO3 เปนอเลกโทรไลต

5. เซลลเชอเพลง


1.2 เซลลเชอเพลง H2 - O2 ชนดทใช NaOH หรอ KOH เปนอเลกโทรไลต

เปนเซลลเชอเพลงทใชแกสไฮโดรเจน และแกสออกซเจนผานเขาไปในชองแอโนดและแคโทดตามลาดบ

ขวไฟฟาเหมอนกบชนดแรกทกลาวมา แตกตางกนท เปลยนมาใชอเลกโทรไลตเปนสารละลาย NaOH

หรอ KOH เขมขน

มสวนประกอบและการเกดปฏกรยา ดงน


2) เซลลเชอเพลงโพรเพน – ออกซเจน

มเซลลเชอเพลงอกชนดหนงทมการพฒนาขนมาใช

เปนเซลลททาใหเกดกระแสไฟฟาจากปฏกรยาระหวางโพรเพน (C3H3) กบแกส O2

ไดผลตภณฑคอ CO2 กบ H2O ดงรป

สวนประกอบ

แอโนด (ขวลบ) : ใชแกรไฟตผสมนกเกล (C3H8 ผานเขาไป)

แคโทด (ขวบวก) : ใชแกรไฟตผสมนกเกล และนกเกล (II) ออกไซด (O2 ผานเขาไป)

สารละลายอเลกโทรไลต : สารละลายกรดซลฟวรก (H2SO4)

การเกดปฏกรยาเคมในเซลล

แอโนด (ขวลบ) C3H8 (g) + 6H2O (l) 3CO2 (g) + 2OH- (aq) + 20e-

แคโทด (ขวบวก) 5O2 (g) + 20H+ (aq) + 20 e- 10H2O (l)

ปฏกรยารวม C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 4H2O (l)

ปฏกรยารวมของเซลล คอ ปฏกรยาสนดาปหรอการเผาไหมของแกสโพรเพนนนเอง

แตมประสทธภาพมากกวาการเผาไหมโดยตรง

เซลลเชอเพลงชนดนมประสทธภาพ 70% แตประสทธภาพในการทางานสงกวาประมาณ 2 เทาของเครองยนตสนดาป

ภายใน

เซลลเชอเพลงนกอใหเกดมลภาวะ คอ ใหแกส CO2

เซลลเชอเพลงแตกตางจากถานไฟฉายหรอเซลลแหง กลาวคอ ไมสามารถเกบพลงงานเคมไวดวย รวมทงตองผานสาร

ตงตนเขาไปในเซลลและผานสารผลตภณฑออกจากเซลลตลอดเวลา


สาหรบเซลลกลวานกอกประเภทหนง ไดแก เซลลทตยภม เปนเซลลไฟฟาเคมทปฏกรยาในเซลลสามารถเกดยอนกลบได

กลาวคอ เมอเซลลชนดนจายไฟจนหมดแลว สามารถนามาประจไฟใหมและนากลบมาใชไดใหม

เซลลกลวานกชนดทตยภม ไดแก เซลลสะสมไฟแบบตะกว เซลลนกเกล- แคดเมยม และเซลลโซเดยม-ซลเฟอร

มรายละเอยด ดงน

ลาดบแนวความคด เรองเซลลทตยภม


เซลลทตยภม (ตอ)

เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว (lead storage battery) สวนใหญใชเปนแหลงพลงงานในรถยนตสาหรบจดระเบดเดน

เครองยนต

เมอนาเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกวมาตอกนแบบอนกรม 6 เซลล จะมศกยไฟฟาประมาณ 12 โวลต

เรยกวา แบตเตอร ดงรป

รปแสดงตวอยางเซลลสะสมแบบตะกวหรอแบตเตอร

สวนประกอบ

ขวไฟฟาทงแอโนด และ แคโทด ทาดวยแผนตะกว (Pb)

สารละลายอเลกโทรไลต คอ กรดกามะถน หรอบางครงเรยกวากรดซลฟวรก (H2SO4)

1. เซลลสะสมไฟแบบตะกว


การเกดปฏกรยาภายในเซลล แบงเปน 2 ขนตอน ดงน

1) การประจไฟฟาครงแรก หรอ การอดไฟ

หมายถง การผานกระแสไฟฟาตรงเขาไปในเซลล ทาใหเกดการเปลยนแปลงทขวไฟฟา

การเกดปฏกรยาในการประจไฟครงแรก ใชหลกการของเซลลอเลกโทรไลต ดงน


2) การจายไฟ (discharge) หรอ การใชไฟจากเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว

ถาหลอดไฟสวาง แสดงวามปฏกรยาเกดขน

บางครงอาจใชโวลตมเตอรวดกระแสไฟฟา

การจายไฟใชหลกการของเซลลกลวานก เกดการถายโอนอเลกตรอนระหวางขวไฟฟา

โดยอเลกตรอนจาก Pb ไปยง PbO2


เซลลสะสมไฟฟา เมอจายไฟไปนาน ๆ ตองนามาประจไฟใหม

สาหรบปฏกรยาทเกดขนในการประจไฟครงท 2 และครงตอ ๆ ไป จะเหมอนกน โดยเกดปฏกรยา ดงนน

ปฏกรยาทแอโนด (PbSO4) เกดปฏกรยาออกซเดชน

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

ปฏกรยาทแคโทด (PbSO4) เกดปฏกรยารดกชน

PbSO4 (s) + 2e- Pb (s) + SO42- (aq)

ปฏกรยาของเซลล

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

สรปเกยวกบการเกดปฏกรยาในเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว

ขนตอนการทางาน ชนดของเซลลไฟฟา การเปลยนแปลงทเกดขน

ขวแอโนด ขวแคโทด

เรมตน - Pb Pb

ประจไฟครงแรก อเลกโทรไลต PbO2 Pb

จายไฟครงแรก กลวานก PbSO4 PbSO4

ประจไฟครงท 2 อเลกโทรไลต PbO2 Pb

จายไฟครงท 2 กลวานก PbSO4 PbSO4


แบบฝกหดท 7 เรอง เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว



เซลลนกเกล – แคดเมยม (Nickle – Cadmium cell) เปนเซลลทตยภมอกชนดหนงทไดรบความสนใจมากในปจจบน

มชอเรยกอกอยางหนงวา เซลลนแคด (Nicad cell) เมอใชไปนาน ๆ สามารถนามาอดไฟใหมได

สวนประกอบของเซลลนกเกล – แคดเมยม

แอโนด ประกอบดวยโลหะแคดเมยม (Cd)

แคโทด ประกอบดวยสารประกอบนกเกล (III) เชน NiO (OH) ฉาบอยบนโลหะนกเกล

สารละลายอเลกโทรไลต สารละลายโพแทสเซยมไฮดรอกไซด (KOH)

การเกดปฏกรยาภายในเซลล

เมอนาเซลลนกเกล – แคดเมยม มาตอใหครบวงจรไฟฟา จะมการใชไฟเกดขน และเกดปฏกรยา ดงน

แอโนด เกดปฏกรยาออกซเดชนระหวาง Cd กบสารละลายเบส ไดตะกอน Cd (OH)2 ดงสมการ

Cd (s) + 2OH- (aq) Cd (OH)2 (s) + 2e-

แคโทด NiO2 ทาปฏกรยากบ H2O ได Ni (OH)2 ดงสมการ

NiO2 (s) + 2H2O Ni (OH)2 (s) + 2OH- (aq)

ปฏกรยาของเซลล Cd (s) + NiO2 (s) + 2H2O (l) Cd (OH)2 (s) + Ni (OH)2 (s)

จากปฏกรยาจะเหนวา สารผลตภณฑทเกดขนเปนของแขง คอ Cd (OH)2 และ Ni (OH)2 เกาะอยทผวของแตละขว

ดงนน เมอใชไปนาน ๆ จงตองนามาอดไฟใหม เพอใหสารทเปนของแขงนนหลดออก กลายเปนสารตงตนใหม

เซลลชนดนไมเกดแกส จงทาใหศกยไฟฟาคงท คอ มศกยไฟฟาเทากบ 1.30 โวลต

มขนาดเลก และใชไดทนทานกวาเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว

จงนยมใชในเครองใชไฟฟาขนาดเลก เชน เครองโกนหนวดไฟฟา เครองคดเลข กลองถายรป เปนตน

2. เซลลนกเกล – แคดเมยม



เซลลโซเดยม-ซลเฟอร เปนเซลลทตยภมทสามารถประจไฟใหมได

มอายการใชงานยาวนานกวาเซลลสะสมไฟแบบตะกว แตตองควบคมอณหภมของเซลลใหไดประมาณ 350°C

เพอใหสารตงตนและสารผลตภณฑอยในสภาพหลอมเหลว มสวนประกอบดงรป

สวนประกอบของเซลลโซเดยม-ซลเฟอร

แอโนด : โซเดยมเหลว (Na (l))

แคโทด : กามะถนเหลว (S8 (l)) ผสมผงแกรไฟต เพอเพมประสทธภาพการนาไฟฟา

สารอเลกโทรไลต เปนของผสมระหวางออกไซดของโลหะ Al , Mg , Na หรอทเรยกวา บตาอะลมนา

การเกดปฏกรยาเคมในเซลล

ในปจจบนไดมการพฒนาเซลลโซเดยมซลเฟอร โดยใชสารสารพอลไคซลไฟต (Polysulfide)

เชน polyethylenedisulfide เปนแคโทด เซลลชนดนทางานไดดทอณหภมสงกวาจดหลอมเหลวของโซเดยม คอ ประมาณ

90°C ถาทอณหภมหอ จะไดไฟฟาออกมานอย

3. เซลลโซเดยมซลเฟอร


แบบฝกหดท 8 เรอง เซลลทตยภม


ลาดบแนวความคด เรอง เซลลอเลกโทรไลต


9.3.2 เซลลอเลกโทรไลต

แผนผงมโนทศน เรอง เซลลอเลกโทรไลต


สวนประกอบของเซลลอเลกโทรไลต

ในปฏกรยารดอกซบางชนด เมอคานวณหาศกยไฟฟาของเซลล แลวพบวา มคาศกยไฟฟาเปนลบ ปฏกรยานนไมสามารถ

เกดขนไดเอง เชน

2Ag (s) + Cu2+ (aq) 2Ag+ (aq) + Cu (s) ; Eocell = - 0.46 V

ถาตองการใหเกดปฏกรยา ตองใหกระแสไฟฟาเขาไปในเซลล ทาใหเกดศกยไฟฟาทมากกวา . โวลต

ซงจะทาใหเกดปฏกรยาได

ขบวนการเปลยนแปลงทเกดจากการใหกระแสไฟฟาเขาไป ทาใหเกดปฏกรยาเคม ทเรยกวา อเลกโทรลซส

เครองมอทใชในกระบวนการน เรยกวา เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic c ell)

เซลลอเลกโทรไลต : เปลยน พลงงานไฟฟา เปนพลงงานเคม

ขวทตอกบขวบวกของแบตเตอร เรยกวา แอโนด

ขวทตอกบขวลบของแบตเตอร เรยกวา แคโทด

สวนประกอบของเซลลอเลกโทรไลต

เซลลอเลกโทรไลต เปนเซลลไฟฟาเคมชนดหนง ประกอบดวย

ขวไฟฟา ขว จมอยในสารละลายอเลกโทรไลต

ปลายขวทง ตอเขากบขวบวก และขวลบของแบตเตอร

ขวทตอเขากบขวบวกของแบตเตอร เรยกวา แอโนด

ขวทตอเขากบขวลบของแบตเตอร เรยกวา แคโทด


การเกดปฏกรยาในเซลลอเลกโทรไลต

เมอผานกระแสไฟฟาตรง ลงในสารละลายอเลกโทรไลต ซงแตกตวเปนไอออนบวกและไอออนลบ

เครองกาเนดไฟฟากระแสตรง จะทาหนาทผลกดนใหอเลกตรอน (ทไดจากขวบวก (แอโนด) ของแบตเตอร) ไหลผานลวด

ตวนาไฟฟาภายนอก เขาสขวลบ (แคโทด) ของแบตเตอร)

เราสามารถนาหลกการของเซลลอเลกโทรไลตไปประยกตใชในอตสาหกรรมตาง ๆ ได เชน

การแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟา

การแยกสารหลอมเหลวดวยกระแสไฟฟา

การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา

การทาใหโลหะบรสทธดวยกระแสไฟฟา

การถลงแร หรอการแยกแร เปนตน


แบบฝกหดท 9 เรอง เซลลอเลกโทรไลต


เซลลอเลกโทรไลต

การแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟา เปนเซลลอเลกโทรไลตชนดหนง ประกอบดวยขวไฟฟา ขว สวนมากใชขวไฟฟาเฉอย

เชน แกรไฟต หรอ แพลทนม จมอยในสารละลายทตองการแยก

ตอปลายขวไฟฟา เขากบขวบวกและขวลบของแบตเตอร

สารละลายทมนาเปนตวทาละลาย เมอนามาแยกดวยไฟฟา พบวา ไอออนของตวถกละลายในสารละลายจะเกยวของกบการให

และรบอเลกตรอน และนามสวนเกยวของในการใหและรบอเลกตรอนดวย

1. การแยกสารละลายดวยกระแสไฟฟา

Education

บทที่9 ไฟฟ้าเคมี (สำรอง)