17.3. การผกรอนของโลหะและการปองกนการผกรอนของโลหะ คอ กระบวนการของปฏกรยารดอกซทเกดจากโลหะถกออกซไดสเปนสารประกอบใน

ภาวะแวดลอมตาง ๆ กน เชน การเกดสนม (Iron rust Fe2O3 .nH2O) โลหะเงนเกดความ

หมอง (Tranished silver , Ag2S) การเกดสารสเขยว (Green patina CuCO3 ) เคลอบบนโลหะทองแดง ทองเหลอง ทองบรอนซ

ลกษณะสำาคญของการผกรอนของโลหะ

1. การผกรอนของโลหะเกดจากปฏกรยารดอกซโดยโลหะใหอเลกตรอนเกดปฏกรยาออกซเดชน สวนสารอน ทรบอเลกตรอนจะเกดปฏกรยารดกชน หรอเปนตวออกซไดซ

2. เหลกทำาปฏกรยากบกาซออกซเจน และนำ4า เกดออกไซด Fe2O3 เรยกวา การเกดสนมเหลก (Rust)

3. สนมของโลหะตางชนดกนจะเกดสตางกน เชน สนมเหลก Fe2O3 มสนำ4าตาล สนมทองแดง CuO มสดำา หรอสนำ4าตาลดำา สวนสนมอลมเนยมคอ Al2O3 มสขาว

4. สนมของโลหะมกเกดในรปของออกซได เชน Fe2O3 , Al2O3 , CuO5. โลหะทผกรอนงาย ไดแก โลหะทมคา E0 ตำา เชน โลหะอลคาไลน ( หม 1A) และโลหะอลคา

ไลนเอรท ( หม 2A) 6. ปจจยทจะทำาใหโลหะทวไปผกรอนสรปไดดงน4

6.1 โลหะจมในกรด ( ยกเวนโลหะมตระกล Au , Ag , Pt) จะผกรอนเกดการ ไฮโดรเจน เชน

Mg (s) + 2H+ (aq) Mg2+ (aq) + H2 (g)6.2 โลหะจมอยอยในไอออนบวกของโลหะทมคา E0 สงกวา จะเกดการผกรอนได เชน

โลหะเห, กจะเกดการผกรอนไดเมอจมอยในสารละลาย Cu2+ (aq) ซงเกดปฏกรยาข4นดงน4

Fe (s) + Cu2+(aq) Fe2+ (aq) + Cu (s)6.3 โลหะทำาปฏกรยากบ O2 และนำ4าพรอมกนจะเกดออกไซด เรยกกระบวนการน4วา การ

เกดสนม

การศกษาการผกรอนของโลหะเหลก

1. เหลกจะเปนสนมอยางชา ๆ เมอสมผสกบอากาศแหง เพราะอะตอมของเหลกทผวหนาจะทำาปฏกรยา อยางชา ๆ กบกาซออกซเจนในบรรยากาศ เกดออกไซดของเหลกหลายชนดปนกน ดงน4

2Fe (s) + O2 (g) 2FeO (s)4Fe (s) + 3O2 (g) 2Fe2O3 (s)3Fe (s) + 2O2 (g) Fe3O4 (s)

โลหะทเกดสนมข4นจะเกดรจำานวนมากทผวของโลหะ ทำาใหอะตอมของออกซเจนและนำ4าสามารถเขาไปทำา ปฏกรยากบโลหะ ทำาใหเกดกระบวนการผกรอนตอ ๆ ไป

2.เหลกจมในสารละลายกรดเกดปฏกรยาการผกรอน ไดไอออนของเหลกและกาซไฮโดรเจน ดงน4

Fe (s) + 2H+ (aq) Fe2+ (aq) + H2 (g) 2Fe (s) + 6H+ (aq) 2Fe3+ (aq) + 3 H2

(g) ถาม O2 อยดวย Fe2+ จะถกออกซไดซเปน Fe3+ ไอออนดงน4

4Fe2+ (aq) + O2 (g) + 4H+ (aq) 4Fe3+

(aq) + 2 H2O (l )ทกปฏกรยาขางตนน4สามารถเกดข4นไดเองตามธรรมชาต

3. เหลกจะไมเปนสนมเมอสมผสกบนำ4าทไมมออกซเจนละลายอย

4. เหลกจะเปนสนม เมอสมผสกบนำ4าทมออกซเจนละลายนำ4า ไดดกวาการสมผสกบอากาศแหง ๆ ท ปราศจากนำ4า

เมอโลหะเหลกอยในนำ4าทมกาซออกซเจนละลายอยจะเกดปฏกรยารดอกซเกดข4นดงน4 ปฏกรยาออกซเดชน

Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e-ปฏกรยารดกชน

O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- 4OH- (aq) ปฏกรยาสทธ ;

2Fe (s) + O2 (g) + 2H2O(l) 2Fe2+(aq)+4OH-(aq)

Fe2+ และ OH- ทเกดข4นจะรวมตวกนเกดเปนตะกอน Fe(OH)2 แลวถกออกซ

ไดสดวย H2O และ O2 เปนสนมในทสด

4Fe(OH)2 (s) + O2 (g) + 2H2O (l) 4Fe (OH)3 (s)

2Fe (OH)3 (s) Fe2O3 . H2O (s) + 2H2O (l) สนมเหลก

รปท 17.17 เมอโลหะ Fe ถกจมอยในนำ4าทม O2 ละลายอย ออกซเดชนของ Fe และรดกชนของ O2 สามารถเกดข4นทจดตางกนบนผวโลหะ ผลสทธจะเกด Fe2+ และ

OH- แลวแพรเขามารวมกน เกดสารเชงซอนทถกออกซไดสเปนสนม Fe2O3 . H2O (s)

5. เหลกจะเกดสนมเรวข4นเมอสมผสกบโลหะทองแดง

อธบายไดในรปเซลลกลวานกทจด 2 จดโลหะ เหลกสมผสกบโลหะทองแดง โดยโลหะเหลกทำา

หนาทแอโนดใหอเลกตรอนเกด Fe2+ ไอออน

แอโนด ; Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e- E0 = 0.409 V

แคโทด ; O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- 4OH- (aq) E0 = 0.401 V

Fe2+ ไอออนทเกดข4นทแอโนดแพรมารวมตวกบ OH- ไอออนทแคโทดเกดตะกอนแลวถกออกซไดซ

ไปเปนสนมเหลกในทสด เรยกกระบวนการน4วา galvanic corrosions เพราะปฏกรยาสทธคลายปฏกรยาทเกดข4นในเซลลกลวานก

รปท 17.18 เมอโลหะเหลกสมผสกบโลหะทองแดงโดยมหยดนำ4าทม O2 ละลายอย อธบายในรปเซลลกลวา

นก Fe ถกออกซไดซเปน Fe2+ ไอออน เกดอเลกตรอนถายเทไปยงโลหะทองแดงซง O2 ในนำ4าถกรดวซไป

เปน OH- ไอออน

โลหะทองแดงจะไมผกรอนเมอสมผสกบเหลก เพราะวาทองแดงเปนตวรดวซออนกวาเหลก ถาเซลลกลวานก ประกอบดวยโลหะทองแดงเปนแอโนด เกดปฏกรยาออกซเดชนจะพบวาอเลกตรอนไหลไปยงโลหะเหลกทเปนแคโทด

โดยม O2 ละลายอยในนำ4า และกาซ O2 ถกรดวซ

แอโนด ; Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e- E0 = -0.34 V

แคโทด ; O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- 4OH- (aq) E0 = 0.401 V

ศกยไฟฟาสทธของปฏกรยาน4มคานอยกวา ศกยไฟฟาสทธของปฏกรยาทเกดเหลกเปนแอโนด

Cu (s) + O2 (g) + 2H2O (l) Cu2+ (aq) + 4OH-

(aq) 0cellE = 0.061 V

Fe (s) + O2 (g) + 2H2O (l) Fe2+ (aq) + 4OH- (aq) 0cellE = 0.810 V

ดงน4น เหลกจงผกรอนงายกวาทองแดง

6. เหลกจะไมเปนสนมเมอสมผสกบโลหะสงกะส หรอแมกนเซยม

โลหะทเปนตวรดวซทดกวาเหลก( คอ โลหะทม E0 ตำากวา เชน Zn , Mg ) สมผส

กบเหลกจะสามารถปองกนการผกรอนไดดงรป 17.19 กระบวนการน4เรยกวา Cathodic protection ซงสามารถอธบายในรปเซลลกลวานก คอ โลหะเหลกเปนแคโทด สวนโลหะสงกะสหรอ

แมกนเซยมจะเปนแอโนด เกดปฏกรยาดงน4

แอโนด ; Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- E0 = 0.763 V

แคโทด ; O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- 4OH- (aq) E0 = 0.401 V

ปฏกรยารวม ; Zn (s) + O2 (g) + 2H2O (l) Zn2+ (aq) + 4OH- (aq) , 0

cellE = 1.164 V ศกยไฟฟาสทธสำาหรบปฏกรยาน4มคามากกวาศกยไฟฟาสทธ สำาหรบปฏกรยาทมเหลกเปนแอโนด ดงน4นโลหะสงกะสจะผกรอนแทนเหลก โดยหลกการน4ไดนำามาใชทำาสงกะสมงหลงคา กลาวคอใชโลหะสงกะสเคลอบแผน

เหลกเพอปองกนการผกรอนของแผนเหลก

รปท 17.19 การผกรอนของเหลกสามารถปองกนโดยวธ Cathodic protection

การทดลองศกษาภาวะททำาใหเหลกเกดการผกรอน

การทดลองดงรป 17.20 แสดงภาวะททำาใหเหลกเปนสนม

รปท 17.20 ภาวะทจะทำาใหเหลกเปนสนม

จากรป 17.20 การทดลองภาวะททำาใหเหลกเปนสนม สรปไดวา

1. เหลกเปนสนมตองใช O2 และ H2O2. เหลกจะเปนสนมเรวข4นเมออยในนำ4าทมเกลอละลายแตกตวเปนไอออนอย3. เหลกจะเปนสนมเรวข4นเมออยในสารละลายกรดเลกนอย4. เหลกจะไมเปนสนมเมอสมผสกบโลหะสงกะส

การทดสอบการผกรอนของเหลก

การเกดสนม เปนการผกรอนของเหลกอยางหนง ข 4นตอนระหวางการผกรอนจะเกด OH- และ Fe2+

ข4นกอน แลวจงถกออกซไดสไปเปนสนมเหลก Fe2O3.nH2O ดงน4น การทดสอบการผกรอนของเหลกจง

ควรตรวจหา OH- และ Fe2+ ซงมวธตรวจสอบดงน4

1. การตรวจหา OH- นำาสารทจะทดสอบมาหยดฟนอลฟทาลน ถาไดสชมพแสดงวา สารน 4นม OH-

2. การตรวจหา Fe2+ นำาสารทจะทดสอบมาเตมโพแทสเซยมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) K3[Fe(CN)6] แลวเกดตะกอนสนำ4าเงนของโพแทสเซยมไอรออน (II) เฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) KFe[Fe(CN)6] ดงสมการ

Fe2+ (aq) + K+ (aq) + [Fe(CN)6]3- (aq) KFe[Fe(CN)6] ตะกอนสนำ4าเงน

การทดลองการผกรอนของเหลก

การทดลองดงรป 17.21 แสดงการผกรอนของเหลก

รปท 17.21 แสดงการทดสอบการผกรอนของเหลก

การทดลองในรปท 17.21 ใชสารละลายวน สารละลายน4ทำาใหรอนแลวเมอเยนลงจะแขงตว สารละลายน4

มสาร 2 ชนดผสมอย ดงน4

1. โพแทสเซยมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) K3[Fe(CN)6] จะเกดตะกอนสนำ4าเงนข4นเมอม Fe2+ อย สารน4ใชทดสอบ Fe2+

2. ฟนอลฟทาลนเปนอนดเคเตอร จะเกดสารสชมพข4นเมอรวมตวกบ OH- ขงใชสารน4ทดสอบ OH-

วธทดลอง

เทสารละลายวนทมฟนอลฟทาลนและ K3[Fe(CN)6] อยดวย ลงในชามกระเบ4องทมตะปชนดตาง ๆ ดงรป 17.21 เมอเยนลงวนจะแขงตวท4งไว 1 -2 วน บนทกผลการทดลอง

รปท 17.22 ผลการทดลองการผกรอนของเหลก

จากผลการทดลองในรป 17.22 สรปไดวา 1. ตะปเหลกทกตวเกดไอรออน (II) ไอออน , Fe2+ และ ไฮดรอกไซดไอออน (OH-)

ยกเวนตะปเหลกทพนดวยแมกนเซยมและสงกะส

2. เมอตะปเหลกพนกบแมกนเซยมและพนสงกะสจะเกด OH- ไอออนไมเกด Fe2+ ไอออน แตจะเกด Mg2+ และ Zn2+ แสดงวา Mg และ Zn ผกรอน

3. ไอรออน (II) ไอออนเกดไดงายข4น เมอ หรอเหลกผกรอนไดงายข4นเมอ3.1 บรเวณทผวของเหลกแตกหรอหกออก

3.2 เมอเหลกสมผสกบโลหะทมคา E0 สงกวา เชน Cu

การทดลองแสดงธรรมชาตการเกดสนมของเหลกในรปไฟฟาเคม

รปท 17.23 แสดงธรรมชาตของการเกดสนมเหลก

การปองกนการผกรอนของโลหะ1. ทาส ทานำ4ามน หรอทาสารกนสนม

2. ฉาบหรอเคลอบโลหะทสามารถเกดสารเคลอบผวสลายตวยาก เสถยร เชน Al , Sn , และ Cr โดย Al เมอเกดออกไซดจะเคลอบผวโลหะไว ซงเสถยรและสลายตวยาก วธการลกษณะ

น4เรยกวา วธอะโนไดซ3. ทำาเปนโลหะผสม เชน การทำาเหลกกลาไรสนม โดยการนำาเหลกไปผสมกบโลหะโครเมยม นกเกล

และ คารบอนในสดสวนทเหมาะสม

4. วธแคโทดก โดยการตอโลหะใหสมผสกบโลหะทมคา E0 ตำากวา (หรอโลหะทเปนตวรดวซทด)

รปท 17.24 Cathodic protection โลหะเหลกสมผสกบโลหะทมความ

วองไวทางเคมมาก (E0 ตำา) เชน Zn โลหะน4จะเกดปฏกรยาออกซเดชนจงผกรอนแทน Fe สวน Fe เกดปฏกรยารดกชนโดยมนำ4า และออกซเจนรบอเลกตรอน ดงน 4น Fe จงไมผ

กรอน

รปท 17.25 ทอเหลกผกตดกบโลหะแมกนเซยม (E0 ตำากวา) เปนแอโนด เกดปฏกรยา ออกซเดชน โดยใหอเลกตรอนแทนทอเหลก ดงน 4น ทอเหลกจงไมผกรอนแตแมกนเซยมผกรอน

17.3.1 การปองกนการผกรอนดวยวธอะโนไดซและรมดำา

โลหะบางชนดมสมบตพเศษ คอ ทำาปฏกรยากบออกซเจนเกดออกไซดของโลหะ (สนมของโลหะ) ออกไซดน4 จะแผเปนฟลมบาง ๆ เคลอบบนผวโลหะ มความเสถยรและไมละลายนำ4า จงปองกนไมใหเกดการผกรอนอกตอไป เพราะ

ออกซเจนและนำ4า หรอสารตาง ๆ ไมสามารถซมผานเขาไปได โลหะทมสมบตดงกลาว ไดแก Al , Sn , Cr , Zn เนองจากในธรรมชาตการเกดออกไซดของโลหะเกดชาไมสมำาเสมอ จงตองใชวธการอะโนไดซ เพอทำาใหเกดออกไซดของโลหะเคลอบเรวและสมำาเสมอ

การทำาอะโนไดซโลหะอลมเนยม

ใชกระบวนการอเลกโทรลซสสารละลายกรดโดยใช Al เปนข4ว ม 3 ข4นตอนดงน4

ข 4นท 1 การเตรยมช4นงาน Al ทจะอะโนไดซ 1. การเตรยมสารละลายสำาหรบลางไขมน เปนสารละลายผสมทเตรยมจากการใชโซเดยม

ฟอสเฟต 5 g และโซเดยมซลเกต 1.5 g ละลายนำ4าใหเปนสารละลาย 1 dm3

2. แชช4นงาน Al ลงในสารละลายสำาหรบลางไขมนท90 - 95 0C เปนเวลา 3 นาท แลวนำาชนงานลางนำ4าใหสะอาด

3. ขดช4นงาน Al ใหสะอาดดวยกระดาษทราย แลวนำาไปแชในสารละลาย NaOH เขมขน 2.5 mol/dm3 เปนเวลา 2 นาท ถาช4นงาน Al ดำาใหใชสำาลเชดออก

แลวลางนำ4าใหสะอาด

4. นำาช4นงานไปลางไขมนออกในสารละลายในสารละลายสำาหรบลางไขมนท 90 - 95 0C แกวงช4นงาน Al ในสารละลายไปมา แตอยานานเพราะจะทำาใหช4นงานดำาอก แลวลาง

นำ4า เชดใหสะอาดและแหง หรอผงใหแหงกได

ข4นท 2 การทำาอะโนไดซแผน Al

รปท 17.26 อปกรณการทำาอะโนไดซแผนอลมเนยม1. การเตรยมสารละลายสำาหรบทำาอะโนไดซ เปนสารละลายผสมของกรดซลฟวรก

(H2SO4) เขมขน 18 mol/dm3 ปรมาตร 100 cm3 กบกรด

ออกซาลก (H2C2O4) 50 g. ละลายนำ4าทำาใหเปนสารละลายปรมาตร 1 ลตร

2. จดอปกรณดงรป 17.26 ผานกระแสไฟฟากระแสตรงทมแรงเคลอนไฟฟา 12 V ประมาณ 15 นาท แลวกลบดานของแผนช4นงาน Al ทแอโนด แลวผานกระแส

ไฟฟาตออก 15 นาท เพอใหช4นงานถกอะโนไดซทวแผน จะพบวาช4นงาน Al จะม Al2O3 ไปเคลอบเปนแผนฟลมบาง ๆ ทวท4งแผน

3. นำาช4นงานทอะโนไดซแลวมาลางนำ4าใหสะอาด เชดใหแหง นำาไปทดสอบการนำาไฟฟา ถาไมนำา

ไฟฟาแสดงวาเกดอะโนไดซทวท 4งแผนแลว เพราะสารประกอบ Al2O3 เปนสารประกอบไอออนกทไมนำาไฟฟา

อธบาย การอะโนไดซ Al ดวย Al2O3 โดยใชหลกการอเลกโทรลซส ดงน4

เมอผานกระแสไฟฟากระแสตรงลงในสารละลายกรดผสมระหวาง H2SO4 + H2C2O4 เกดปฏกรยาให OH- ไอออนเกดข4น โดยมแผน Al 2 แผนเปนข4ว โดยมช4นงาน Al เปนข4วแอโนด และ

แผน Al อกแผนเปนข4วแคโทด

ปฏกรยาทข 4วแอโนด ; OH- ถกออกซไดซเกด O2 และ O2 จะไปออกซไดสช4นงาน Al ตอ เกด Al2O3 แผเปนแผนฟลมบาง ๆ ปฏกรยาเปนดงน4

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

4Al (s) + 3O2 (g) 2Al2O3 (s)ปฏกรยาทข 4วแคโทด ; H+ จากกรดถกรดวซเปนกาซ H2 ทข 4ว แผน Al ไม

เปลยนแปลง

2H+ (aq) + 2e- H2 (g)

ข4นท 3 การยอมส นำาช4นงาน Al ทอะโนไดสแลวไปแชในสารละลายของผงสเขมขน 0.1 - 10.0 %

โดยมวลท 50 - 60 0C เปนเวลา 10 -20 นาท นำาช4นงาน Al น4ไปลางใหสะอาด เชดใหแหง จะได

ช4นงาน Al ทอะโนไดซตามตองการ

การรมดำาแผนโลหะ การรมดำาแผนโลหะ เปนการปองกนการผกรอนของโลหะอกวธหนง โดยการเคลอบสารสดำาทแผนโลหะ โดย

ใชความรอน การรมดำาโลหะแบงออกเปน 3 ข4นตอนดงน4

ข4นท 1 การเตรยมช4นงาน ขดช4นงานดวยกระดาษทรายชนดละเอยด ลางช4นงานดวยไตรคลอโรเอทลน 2 นาท ใชผาหรอ

สำาลเชดช4นงานใหสะอาด แลวลางไตรคลอโรเอทลนอกคร 4งหนง

ข4นท 2 การเตรยมสารละลายรมดำา ผสม NaOH 375 กรม กบ NaNO3 125 กรม ลงในนำ4าแลวทำาใหเปน

สารละลาย 1 ลตร

ข4นท 3 การรมดำาช4นงาน นำาแผนโลหะทเปนช4นงานไปแชในสารละลายสำาหรบรมดำาท 136 -143 0C จะไดสารส

ดำาเกาะเคลอบทผวช4นงาน นำาช4นงานทไดไปลางใหสะอาด เชดใหแหง ทานำ4ามนใหทวเพอใหข4นเปนมนเงาเกดความสวยงาม

แบบทดสอบท 17.3 ขอ 1. สมบตของเหลกและดบกถกทดสอบดวยการทดลอง 2 การทดลอง และบนทกการทดลองได

ดงน4การทดลอง ผลการทดลอง

1. ผงดบกจากการตะไปโลหะดบกลงในสารละ

ลายไอรออน (II) คลอไรด

ไมพบการเปลยนแปลงใด ๆ

2. ผงตะไปเหลกผสมกบสารละลายดบก (II) คลอไรด

เกดตะกอนของแรดบก

จากผลการทดลอง จงตอบคำาถามตอไปน4

ก. เพราะเหตใดกระปองเหลกทเคลอบดวยดบกเพอใชเกบอาหารตาง ๆ จงไมผกรอนท 4ง ๆ ท ดบก สามารถรบอเลกตรอนจากโลหะเหลกได

ข. เพราะเหตใดจงใชดบกเคลอบกระปองเหลก

ค. ถาพ4นทผวของดบกทเคลอบกระปองเหลกแตกออกถงเน4อเหลกภายใน จะมผลทำาใหเกดการ เปลยนของเหลกหรอไม อยางไร ถาม จงเกดปฏกรยาทเกดข4นดวย

ขอ 2 ก. กรดชนดใดบางทสามารถทำาใหทองแดงเกดการผกรอนได

ข. เพราะเหตใดอะลมเนยมซงเปนโลหะทมความวองกนในการเกดปฏกรยาเคมมากกวาเหลก แตเกดการผกรอนชากวาเหลก

ค. เพราะเหตใดเรอเดนทะเลจงเกดการผกรอนเรวกวาเรอทแลนในนำ4าจด

ง. นกเรยนคนหนงจดอปกรณเพอทำาการทดลองดงตอไปน4

การทดลองใดทโลหะเหลกจะเกดการผกรอนเรวทสด เพราะเหตใด

ขอ 3. โลหะเงนจะเกดการผกรอนไดเมอรวมตวกบซลไฟดในอากาศเกดสารสเทาดำาเรยกวา Tarnished silver หรอเรยกวาเงนหมอง ซงเปน ซวเวอรซลไฟต (Ag2S) Tarnished silver น4สามารถถกลางออกจากภาชนะเงนไดโดยใสลงไปในอางอลมเนยมทมสารอเลกโทรไลตทไมมสวนในการ

เกดปฏกรยา เชน NaCl (aq) จงอธบายกระบวนการทเกดข4นน4โดยใชหลกการทางไฟฟาเคม กำาหนดคา E0 ของปฏกรยาครงเซลลดงน4

Ag2S (s) + 2e- 2Ag (s) + S2- (aq) E0 = -0.71 V

Al3+ (aq) + 3e- Al (s) E0 = -1.706 V

ขอ 4. เมอทำาการทดลองดงรป

กำาหนด Y2+ (aq) + 2e- Y(s) E0 = -0.25 V

X2+ (aq) + 2e- X (s) E0 = -0.44 V

ก. โลหะใดเกดการผกรอน

ข. จงบอกวธในการปองกนการผกรอนของโลหะ

ขอ 5. กำาหนดศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลรดกชน ดงน4

ปฏกรยารดกชน E0 (V)O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)

+0.40Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s) +0.34Fe2+ (aq) + 2e- Fe (s) -0.44Zn2+ (aq) + 2e- Zn (s) -0.76

ในการทดลองภาวะตาง ๆ ของตะปเหลกการทดลองท วธทดลอง

1 ใสตะปเหลกในนำ4า โดยมนำ4าทวมครงหนงของตะปเหลก

2 ตอตะปเหลกกบสงกะส แลวแชในบกเกอรทมนำ4า โดยใหปลายดานทไมตอกบสงกะสอยพนผวนำ4า

3 ตอตะปเหลกกบทองแดง แลวแชในบกเกอรทมนำ4า โดยใหปลายดานทไมตอกบทองแดงอยพนผวนำ4า

4 แชตะปเหลก โดยใหครงหนงอยพนผวนำ4า และตอปลายทพนผวนำ4าเขากบข4วลบของถานไฟฉาย

จงตอบคำาถามตอไปน4

ก. ในการทดลองทหนง จะเกดการเปลยนแปลงหรอไม ถามใหเขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดข4นดวย

ข. ในปฏกรยาการผกรอนของเหลกสารใดเปนตวออกซไดส และตวรดวซ

ค. การทดลองใดเปนการปองกนการผกรอนของเหลกดวยวธแคโทดก

ง. การทดลองใดทตะปเหลกมการผกรอน

ขอ 6. เมอผานกระแสไฟฟาลงในเซลลไฟฟาเคมดงรป จะเกดฟองผดรอบ ๆ เสนลวดอะลมเนยม และ แผนอะลมเนยมททำาความสะอาดแลว ปรากฏวาเกดสารสขาวไปเคลอบบนแผนอะลมเนยมน4ดวย

แอโนด ; 4OH- (aq) O2 (g) + 2H2O (l) + 4e-

แคโทด ; 2Al (s) + 3/2 O2 (g) Al2O3จงตอบคำาถามตอไปน4

ก. ………………………กระบวนการทเกดข4นน4เรยกวา

ข. ครงปฏกรยาทเกดข4นในแตละข 4ว คอ ……………………………………………………แอโนด

……………………………………………………แคโทด .ค. …………………………………………ทข 4วแอโนดเกดสารใด ..

เฉลยแบบทดสอบท 17.3 เฉลยขอ 1. จากขอมลการทดลองวเคราะหและสรปไดดงน4

การทดลองท ผลการวเคราะหผลการทดลอง สรปผลการทดลอง

12

Sn + Fe2+ ไมเกดปฏกรยา

Fe + Sn2+ Fe2+ + Sn (ตะกอนสเทา

Fe2+ ชงอเลกตรอนจาก Sn ไมได

Sn2+ ชงอเลกตรอนของ Fe ได

อาศยขอมลขางตน จงสามารถสรปไดวา Sn2+ ชงอเลกตรอนไดดกวา Fe 2+ ก. จากการทดลองจะเหนวาดบกทเคลอบอยบนผวของกระปองเหลก สามารถทำาใหเหลกเกดการผกรอนได

แตในความเปนจรงกระปองเหลกไมเกดสนมข4น ท4งน4เพราะ ดบกทเคลอบผวกระปองเหลกอยน 4นเกดเปนสารประกอบ

ออกไซด SnO ทเสถยรและไมละลายนำ4า ซงจะเคลอบเปนฟลมบาง ๆ เกาะทผวโลหะน 4นกนไมใหนำ4า และออกซเจนซมเขาไปทำาปฏกรยากบเหลกและเกดการผกรอนได

ข. 1. เพราะดบกเปนโลหะทหาไดงาย ราคาไมแพง2. ดบกสามารถเกดเปนสารประกอบออกไซดเคลอบผวโลหะไดแนน ปองกนนำ4าและออกซเจนสมผสกบ

เหลกได

ค. ถากระปองเหลกเกดรอยแยก หรอแตก จะทำาใหกระปองเหลกเกดการผกรอนเรวและมากข4น เพราะ Sn2+ สามารถชงอเลกตรอนไดดกวา Fe2+ (Sn2+ มคา E0 > Fe2+ )

เฉลยขอ 2 ก. กรดทสามารถทำาใหโลหะทองแดงผกรอนได เชน กรด HNO3 เจอจาง , HClO4 ,

HClO , HClO2 HClO3 ข. Al แมวาจะมคาศกยไฟฟาครงเซลลมาตรฐานนอยกวา Fe แตผกรอนชากวา Fe เพราะวา

Al สามารถรวมตวกบกาซออกซเจนในอากาศเกดเปนสารประกอบออกไซด Al2O3 เคลอบผว ซงออกไซดน4

เปนออกไซดทมความเสถยร ไมละลายนำ4า สารตาง ๆ ซมผานเขาไปในเน4อของ Al ไมได Al จงไมผกรอน สวน Fe รวมตวกบกาซออกซเจน และนำ4า เกดเปนสนมเหลก ไมเกาะเคลอบผว Fe ทำาให Fe มรอยและรพรน

มากข4น จงผกรอนไดเรวยงข4น

ค. เรอเดนทะเลเกดการผกรอนเรวกวาเรอทแลนในนำ4าจด เพราะเรอเดนทะเลอยในนำ4าเคมม NaCl ซง

เปนสารละลายอเลกโตรไลตทด และ Cl- เปนตวเรงปฏกรยาในการเกดสนมเหลกในเรอเดนทะเล ดงน 4น จงผกรอน เรว สวนเรอในนำ4าจดไมมเกลอ จงเกดการผกรอนชากวา

ง. ทกบกเกอรโลหะ Fe จมอยในนำ4า และสมผสกบออกซเจนในอากาศ จงผกรอนทกบกเกอร และพบวา

บกเกอร A ม Sn สมผสกบ Fe ซง Sn น4มคา E0 มากกวาเหลก ดงน 4น จงทำาใหเหลกเกดการผ กรอนมากเรวข4นกวาในบกเกอรอน ๆ

เฉลยขอ 3. เนองจากคา E0 ของ Ag2S สงกวา E0

ของ Al ดงน4น Ag2S จงชงอเลกตรอนของอลมเนยมไดใน

สารละลาย NaCl ทเปนสารอเลกโทรไลตเฉอย เกด Ag (s) สวน Al จะผกรอนเปน Al3+ ซงอธบายในรปเซลลกลวานก

ปฏกรยาเคมทเกดข4นแสดงไดดงสมการตอไปน4

ปฏกรยารดกชน ; Ag2S (s) + 2e- 2Ag (s) + S2- (aq) E0

= -0.71 V ปฏกรยาออกซเดชน ; Al (s) Al3+ (aq) + 3e- E0 =

+1.706 V ปฏกรยาสทธ ; 3 Ag2S (s) + 2 Al (s) 6 Ag (s) + 3 S2-

(aq) + 2Al3+ (aq) , 0cellE = 0.996 V

เฉลยขอ 4. ก. จากรปโลหะ Y พนตะป X จะพบวาคา E0 ของ X ตำากวาของ Y ดงน4นตะป X จะผ

กรอน โลหะ X จะทำาปฏกรยากบออกซเจนและนำ4า ในอากาศเกดออกไซดของ X จงเรยกกระบวนการน4วา การเกดสนม

ข. วธปองกนการผกรอน เชน การทาส ทานำ4ามน ทาสารกนสนม เคลอบพลาสตก หรอใหสมผสกบ

โลหะทมคา E0 ตำากวา

เฉลยขอ 5. ก. การทดลองท 1 เกดสารสนำ4าตาลแดงเกาะทบรเวณของตะปเหลกทเปนรอยตอระหวางนำ4ากบ

ออกซเจนในอากาศ ปฏกรยาทเกดข4นเปนดงน4

ปฏกรยาออกซเดชน Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e-

ปฏกรยารดกชน O2 (g) + 2H2O (l) + 2e- 4OH- (aq) ปฏกรยาสทธ ; 2Fe (s) + O2 (g) + 2H2O(l) 2Fe2+

(aq)+4OH-(aq)4Fe(OH)2 (s) + O2 (g) + 2H2O (l)

4Fe (OH)3 (s)2Fe (OH)3 (s) Fe2O3 . H2O (s) +

2H2O (l) สนมเหลก

ข. Fe เปนตวรดวซ และ O2 เปนตวออกซไดซ

ค. การทดลองท 2 Zn ตอกบ Fe Zn ปองกนการผกรอนของ Fe ได เพราะ Zn มคา E0 ตำากวา Fe

ง. การทดลองท 1, 3

การทดลองท 3 Fe ผกรอน เพราะ Cu ตอกบ Fe นอกจาก Cu ไมไดปองกนการผ

กรอน และยงทำาใหเหลกเกดการผกรอนเรวข4นอกดวย เพราะ Cu มคา E0 (+0.34) สงกวาเหลก (-0.409)

เฉลยขอ 6. ก. การอะโนไดซ

ข. แอโนด ; 4OH- (aq) O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- และ

4Al (s) + 3O2 (g) 2Al2O3 (s) แคโทด ; 4H+ (aq) + 4e- 2H2 (g)ค. เกด Al2O3 เคลอบผว

17.4. ความกาวหนาทางเทคโนโลยทเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม หลกการของเซลลไฟฟาเคมสามารถนำามาใชประโยชนตาง ๆ ไดมากมาย และปจจบนมการพฒนาเทคโนโลยให

กาวหนาเพมข4นอยตลอดเวลา เชน การทำาอเลกโทรไดอะลซส และการทำาเซลลเช4อเพลง

17.4.1 การทำาอเลกโทรไดอะลซสนำ4าทะเล

เนองจากนำ4าทะเลมอยประมาณ 72 % ของพ4นทโลก ดงน4น จงพบสวนทเปนนำ4าจดนอย นำ4า

ทะเลในมหาสมทรมเกลอละลายอย 3.5 % โดยมวล และความเขมขนจะเพมข4นทกป ไอออนตาง ๆ ทพบในนำ4าทะเลแสดงไดดงน4

ตารางท 17.5 ไอออนทพบในนำ4าทะเลทความเขมขนมากกวา 0.001 g / kgไอออน ปรมาณทพบ (g / kg)Cl-

Na+

SO42-

Mg2+

Ca2+

19.3510.762.711.290.41

K+

HCO3- , CO3

2-

Br-

H2BO3-

Sr2+

F-

0.400.1060.0670.0270.0080.001

การทำานำ4าทะเลใหเปนนำ4าจดม 3 วธ คอ

1. Electrodialysis เปนการแยกไอออนของเกลอออกจากนำ4าทะเลดวยไฟฟากระแสตรง

2. Solar Distillation เปนการกลนนำ4าทะเลดวยพลงงานแสงอาทตย

3. Reverse Osmosis เปนกระบวนการใหโมเลกลของนำ4าผานเยอบาง ๆ ไปมาดวยแรงดนออสโมซส

การทำาอเลกโทรไดอะลซสนำ4าทะเล อเลกโทรไดอะลซส เปนเซลลอเลกโทรไลตชนดหนงทมประโยชนใชแยกไอออนออกจากสารละลาย โดยให

ไอออนผานแผนเยอบาง ๆ (Semipermeable membrane) ไปยงข4วไฟฟาทมประจตรง ขาม ทำาใหสารละลายทอยระหวางข 4วไฟฟาจะมความเขมขนของไอออนลดลง โดยหลกการน4สามารถนำาไปใชแยก

โซเดยมไอออน และคลอไรดไอออนออกจากนำ4าทะเลได ซงเปนวธในการผลตนำ4าจดจากนำ4าทะเลวธหนง

รปท 17.27 เซลลอเลกโทรไดอะลซสทำานำ4าทะเลใหเปนนำ4าจด

17.4.2 เซลลเช4อเพลง (Fuel cell) เซลลเช4อเพลง เปนเซลลกลวานกชนดหนงทใชสารเช4อเพลงทำาปฏกรยากบกาซออกซเจนแลวได

กระแสไฟฟา เขยนเปนแผนภาพดงน4

สารเช4อเพลง + กาซออกซเจน สารผลตภณฑ

สารเช4อเพลง เชน กาซไฮโดรเจน , ไฮโดรคารบอน เชน CH4 , C3H8 , เมทานอล (CH3OH)

สวนประกอบของเซลลเช4อเพลง

1. ข4วไฟฟา ใชข 4วเฉอย 1.1 ข4วแอโนด เปนข4วเฉอยทผานสารทเปนเช4อเพลงลงไปแลวเกดปฏกรยาออกซเดชน ทข 4วน4

อเลกตรอนจะไหลออก จดเปนข 4วลบ1.2 ข4วแคโทด เปนข4วเฉอยทผานกาซออกซเจน ลงไป และเกดปฏกรยารดกชน มอเลกตรอน

ไหลเขา จดเปนเปนข 4วบวก

2. สารละลายอเลกโทรไลต สวนมากเปนสารละลายกรดแก และเบสแก

ประโยชนของเซลลเช4อเพลง1. เปนแหลงพลงงานในยานอวกาศ2. ในทางการแพทยใชเซลลเช4อเพลงเปนแหลงใหกระแสไฟฟาในเครองมอทชวยในการทำาให

หวใจเตนเปนปกตสำาหรบผทเปนโรคหวใจ และใชเปนแหลงกระแสไฟฟาในเครองชวยการฟงของผพการทางห

3. ใหพลงงานทมประสทธภาพสงกวาพลงงานทไดจากเครองยนตสนดาปภายใน เพราะไมมการสญเสยพลงงานไปกบแรงเสยดทานจากเครองยนต

เซลลเช4อเพลงไฮโดรเจน - ออกซเจน เซลลเช4อเพลงชนดน4ทำาใหเกดกระแสไฟฟาข4นจากปฏกรยาระหวางกาซไฮโดรเจนทเปนเช4อเพลง กบ

กาซออกซเจน ทำาใหเกดพลงงานไฟฟาและนำ4าข4นสวนประกอบของเซลล

1. ข4วไฟฟา 1.1 แอโนด เปนข4วเฉอยทมรพรน ๆ ทผสมดวย Pt หรอ Pd เปนตวเรงปฏกรยา

แลวผานกาซไฮโดรเจนลงไป เกดปฏกรยาออกซเดชนกบ OH- ใหอเลกตรอนไหลออก จดเปนข4วลบ

1.2 แคโทด เปนข4วเฉอยมรพรน ๆ ทผสมดวย C , Pt หรอ Ag เปนตวเรง ปฏกรยาแลวผานกาซออกซเจน ลงไปเกดปฏกรยารดกชนกบนำ4า ทำาใหอเลกตรอนไหลเขา จด

เปนข4วบวก

2. สารละลายอเลกโทรไลต เชน สารละลาย KOH หรอ NaOH 25% โดยมวล

รปท 17.28 แผนภาพเซลลเช4อเพลง H2/O2 เซลลเช4อเพลงน4อาศยหลกการให กาซไฮโดรเจนทำาปฏกรยากบกาซออกซเจน เกดเปน นำ4า ปฏกรยา

ทเกดข4นแสดงใหเหนไดดงน4

แอโนด ; H2 (g) จะแพรผานเขาทผวของข 4ว โดยมตวเรงปฏกรยาทำาใหกาซไฮโดรเจนแตดตวเปน H อะตอม แลวทำาปฏกรยากบ OH- ของสารอเลกโทรไลตเกดนำ4าข4น

H2 (g) กรยาตวเรงปฎ 2H (g)2H (g) + 2OH- (aq) 2H2O + 2e-

ปฏกรยารวมทข 4วแอโนด ; H2 (g) +2OH- (aq) 2H2O + 2e- E0

= 0.83 V

แคโทด ; อเลกตรอนทเกดข4นผาจากข4วแอโนดไปตลอดยงข 4วแคโทด กาซออกซเจน ถกดดเขาไปทผว

แคโทด และถกรดวซ เปน OH- ดงน4

O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq) E0

= 0.40 Vปฏกรยาสทธของเซลลคอ

H2 (g) + O2 (g) 2H2O E0 = 1.23 V

เซลลเช4อเพลงชนดน4ไมกอใหเกดมลภาวะแกสงแวดลอม เพราะเกดไอนำ4า มประสทธภาพในการใชงานสงมาก ใชประโยชนในยานอาวกาศ เพราะใหพลงงานไดอยางตอเนอง และนำ4าทเกดข4นสามารถใชดมได

เซลลเช4อเพลงโพรเพน - ออกซเจน

เซลลเช4อเพลง โพรเพน/ ออกซเจน น4เปนเซลลเช4อเพลงททำาใหเกดกระแสไฟฟาข4นจากปฏกรยา

ระหวางกาซโพรเพน (C3H8 ) กบกาซออกซเจน เกด CO2 และ นำ4า

รปท 17.29 แผนภาพแสดงเซลลเช4อเพลงโพรเพน - ออกซเจน

สวนประกอบของเซลล

1. ข4วไฟฟาเฉอย 1.1 เปนข4วเฉอยท C3H8 เกดปฏกรยาออกซเดชนชนกบ H2O ได CO2 และ

H+ ทำาใหเกดอเลกตรอนไหลออกจากข 4ว จดเปนข4วลบ

1.2 แคโทด เปนข4วเฉอย ออกซเจนเกดปฏกรยารดกชนกบ H+ ได นำ4า (อเลกตรอนไหล

เขา จดเปนข4วบวก)2. สารละลายอเลกโทรไลต ไดแก กรดแกเขมขน เชน H2SO4 หรอ H3PO4

ปฏกรยาทเกดข4นเปนดงน4

แอโนด ; C3H8 (g) + 6H2O 3CO2 (g) + 20H- + 20e-

แคโทด ; 5O2 (g) + 20H- (aq) + 20e- 10H2O (l) ปฏกรยาสทธ ; C3H8 (g) + 5O2 (g) 3CO2 (g) + 10H2O (l)

เซลลเช4อเพลงน4มประสทธภาพเปน 70 % และประสทธภาพในการทำางานสงประมาณ 2 เทาของ

เครองยนตสนดาปภายใน แตเซลลชนดน4กอใหเกดมลพษตออากาศ คอเกดกาซ CO2 (g)

แบบทดสอบท17.4

1.เซลลกลวานกชนดหนงเกดปฏกรยาดงน4

แอโนด ; CH4 (g) + 2H2O CO2 (g) + 8H+ (aq) + 8e- E0 = -0.169 V

แคโทด ; 2O2 (g) + 8H+ (aq) + 8e- 4H2OE0 = +1.229 Vจงตอบคำาถามตอไปน4

ก. บอกประเภทของเซลลกลวานก

ข. เขยนสมการสทธของปฏกรยาน4

ค. หาคาศกยไฟฟามาตรฐานของเซลลน4

ง. บอกมลภาวะทอาจจะเกดข4นจากเซลลกลวานกน4

2. จากศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลท 25 องศาเซลเซยส ขางลาง จงคำานวณหาศกยไฟฟา

มาตรฐานของเซลลเช4อเพลงไฮโดรเจน - ออกซเจน ( หนวยเปน V)ปฏกรยา E0 (V)

O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e- H2O 1.23O2 (g) + 2H2O + 4e- 4OH- (aq) 0.402H+ (aq) + 2e- H2 (g) 0.002H2O + 2e- H2 (g) + 2OH- (aq) -0.83

3. สารละลายผสมประกอบดวย MgCl2 MgSO4 CaCl2 NaCl และนำ4าท4ง จากโรงงานอตสาหกรรมปรมาณมาก ถาตองการทำาแยกตวถกละลายตาง ๆ ออกจากนำ4าควรทำาการอเลกโทรลซสอยาง

ไร เขยนแผนภาพแสดงการแยกสงเหลาน4ออกจากนำ4าดวย เรยกกระบวนการน4วาอยางไร

4. เซลลเช4อเพลงไฮโดรเจน - ออกซเจน มปฏกรยาครงเซลลดงน4

แอโนด ; H2 (g) + 2OH- (aq) 2H2O (l) + 2e-

แคโทด ; O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- 4OH- (aq)ก. เซลลเช4อเพลงเปนเซลลไฟฟาเคมประเภทใด

ข. ประโยชนของเซลลไฮโดรเจน- ออกซเจนมอะไรบาง

เฉลยแบบทดสอบท17.4 เฉลยขอ 1. ก. เซลลเช4อเพลงมเทน - ออกซเจน

ข. CH4 (g) + 2O2 (g) CO2 (g) + 2H2O

ค. เทากบ 1.06 Vง. มลภาวะทเกดข4นคอ CO2

เฉลยขอ 2. 0cellE = 1.23 โวลต

เฉยลขอ 3 . แผนภาพแสดงไดดงน4

เรยกระบวนการน4วา อเลกโทรไดอะลซส

เฉลยขอ 4. ก. เปนเซลลกลวานกชนดหนง

ข. ประโยชน เชน เปนแหลงพลงงานในยานอวกาศในทางการแพทยใชเซลลเช4อเพลงเปนแหลงใหกระแสไฟฟาในเครองมอทชวยในการทำาใหหวใจเตน

เปนปกตสำาหรบผทเปนโรคหวใจ และใชเปนแหลงกระแสไฟฟาในเครองชวยการฟงของผพการทางห

**end**