80
รายวิชา เคมี 4 30224 ชั้นมัธยมศึกษาปีที5 โดย นางสาวเกศกนก ใจวัง ตาแหน่งครู โรงเรียนเฉลิมพระเกียรติสมเด็จพระศรีนครินทร์ พะเยา ในพระราชูปถัมภ์สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี ไฟฟ้ าเคมี

ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

รายวชา เคม4 ว30224 ชนมธยมศกษาปท 5

โดยนางสาวเกศกนก ใจวง

ต าแหนงครโรงเรยนเฉลมพระเกยรตสมเดจพระศรนครนทร พะเยา

ในพระราชปถมภสมเดจพระเทพรตนราชสดาฯ สยามบรมราชกมาร

ไฟฟาเคม

Page 2: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

9.1 ปฏกรยารดอกซ9.2 การดลสมการรดอกซ9.3 เซลลไฟฟาเคม

9.3.1 เซลลกลวานก9.3.2 เซลลอเลกโทรไลต9.3.3 การผกรอนของโลหะและการปองกน

9.4 ความกาวหนาทางเทคโนโลยทเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

หวขอไฟฟาเคม

Page 3: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ปฏกรยารดอกซ (Redox) การถายเทอเลกตรอน ใหและรบอเลกตรอนเกดขนพรอมกน จ านวนอเลกตรอนทใหและรบตองมจ านวนเทากน ประกอบดวย ครงปฏกรยาออกซเดชน และ ครงปฏกรยารดกชนรวมกน

Redox = Reduction + Oxidation

การเปลยนแปลงพลงงานจากปฏกรยาเคม พลงงานไฟฟา และ จากพลงงานไฟฟา ปฏกรยาเคม

ไฟฟาเคม

Page 4: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ทบทวนเลขออกซเดชน (Oxidation Number) O.N.

1. ธาตอสระหรอธาตบรสทธ O.N.= 0 เชน Na Cu O2 N2 S8

2. โลหะหม I O.N. = +1 เสมอ เชน Li + Na + K +

3. โลหะหม II O.N. = +2 เสมอ เชน Be2+ Mg2+

4. H ม O.N. = +1

ยกเวน สารประกอบโลหะไฮไดรด เชน NaH LiH KH ซง H ม O.N.= -1

5. O ม O.N. = -2

ยกเวน - สารประกอบเปอรออกไซด เชน H2O2 , O ม O.N.= -1 - สารประกอบซปเปอรออกไซด เชน NaO2 , O ม O.N. = -1/2

6. ธาตหม VII ม O.N. = -1 เชน F- Cl- Br- I-

7. O.N.ไอออนอะตอมเดยว = ประจของไอออนนน

เชน Na + ม O. N. = +1, O 2- ม O.N. = -2

8. O.N.สารประกอบ = ประจทแสดงไอออนนน เชน SO 4 2- ม O.N. รวม = -2, NO2 ม

O.N. รวม = 0

Page 5: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Mn2O7 =2Mn +2Mn + 7(-2) = 02Mn = 14 Mn = +7

MnSO4 = Mn + SMn + (-2) = 0 Mn = +2

ตวอยางการหาเลขออกซเดชน

Page 6: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

***ตวรดวซ คอ ตวทใหอเลกตรอน ตวออกซไดส คอ ตวทรบอเลกตรอน

Oxidation or Reduction ?

สารทใหอเลกตรอน เลขออกซเดชนสงขน เกดปฏกรยออกซเดชน

Zn คอ ตวรดวซ Zn2+ ควตวถกรดวซ หรอ ตวออกซไดส

เชน Zn(s) Zn2+ (aq) + 2e-

สารทรบอเลกตรอน เลขออกซเดชนต าลง เกดปฏกรยารดกชน

Cu2+ คอตวออกซไดส สวน Cu คอตวถกออกซไดส หรอตวรดวซ

เชน Cu2+(aq) + 2e- Cu (s)

Page 7: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Oxidation or Reduction ?

H2(1 atm) 2H+ + 2e- Na+ + e- Na

1 2

ปฏกรยาออกซเดชน คอปฏกรยารดกชน คอตวออกซไดส คอตวรดวซ คอตวถกออกซไดส คอตวถกรดวซ คอ

Na+

H2

H+

Na

H2(1 atm) 2H+ + 2e-

Na+ + e- Na

Page 8: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การดลสมการรดอกซ

จ านวนอะตอมของแตละธาต และ ผลรวมประจไฟฟาของสาร เทากน

การดลสมการรดอกซอยางงาย เชน

2Ca (s) + O2(g) 2CaO(s) แตปฏกรยาทมความซบซอน เชน

Cl2(aq) + OH-(aq) Cl-(aq) + ClO3-(aq) + H2O(l)

อาจตองดลแบบเปนระบบ ซงสามารถดลสมการได 2 วธ คอ

2. การดลสมการรดอกซโดยใชครงปฏกรยา

1. การดลสมการรดอกซโดยใชเลขออกซเดชน

Page 9: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การดลโดยใชเลขออกซเดชน การดลสมการรดอกซ

หลกการดลสมการรดอกซ โดยใชเลขออกซเดชน

1. หาเลขออกซเดชนของแตละธาตหรอไอออน (ตอ 1 อะตอม)2. น าเลขออกซเดชนทเปลยนไปมาคณไขว

(เพอใหจ านวน e- ทถายเทเทากน)3. ดลอะตอมของธาต (H กบ O ท าทหลง)

- ขาด O เตม H2O- ขาด H เตม H+

- ขาดประจ เตม e-(ถาทอนไดใหทอนเปนอตราสวนอยางต าดวย)

Page 10: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การดลโดยใชเลขออกซเดชน

1.ท าหาเลขออกซเดชนของแตละธาตหรอไอออน (ตอ 1 อะตอม)

การดลสมการรดอกซ

+3 -1 +2 -1 +2 -1O.N.เพม 2

2. น าเลขออกซเดชนทเปลยนไปมาคณไขว (เพอใหจ านวน e- ทถายเทเทากน)

O.N.ลด 1 X 2

O.N. ลด 1

+4 -1

O.N. เพม 2 X 1

FeCl3 + SnCl2 FeCl2 + SnCl4

2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4

3. ดลอะตอมของธาต (H กบ O ดลทหลง)

ปฏกรยารดอกซ 2FeCl3 + SnCl2 2FeCl2 + SnCl4

*** สงเกตวา ) ***-จ านวนอะตอมเทากน-ประจเทากน

Page 11: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การดลโดยใชครงปฏกรยารดอกซ การดลสมการรดอกซ

หลกการการดลสมการรดอกซ โดยใชครงปฏกรยา 1. หาเลขออกซเดชนของแตละธาตหรอไอออน (ตอ 1 อะตอม)2. แยกเปนครงปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน3. ดลจ านวนอะตอมและดลประจของแตละครงปฏกรยา

- ดล O ดวย H2O - ดล H ดวย H+

- ดลประจดวยการเตม e-

4. ถายเท e- ใหเทากน ทงออกซเดชนและรดกชน (โดยการคณไขวจ านวน e- )

5. รวมสมการเปนปฏกรยารดอกซหมายเหต

(ถาโจทยก าหนดใหปฏกรยาเกดในสารละลายเบส ใหเตม OH- ลงไปเทากบจ านวน H+ โดยเตมทงสองขางของสมการโดยฝ งทมท ง OH-และ H+จะรวมกนเปน H2O)

Page 12: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การดลโดยใชครงปฏกรยารดอกซ การดลสมการรดอกซ

1. หาเลขออกซเดชนของแตละธาตหรอไอออน (ตอ 1 อะตอม)

O.N. ลด 3

O.N. เพม 1+7 -2 +3 -2 +4 -2+4 -2

2.แยกเปนครงปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน

ปฏกรยาออกซเดชน

ปฏกรยารดกชน

MnO4-(aq) + C2O4

2-(aq) MnO2(s) + CO32-(aq)

MnO4-(aq) MnO2(s)

MnO4-(aq) + C2O4

2-(aq) MnO2(s) + CO32-(aq)

C2O42-(aq) CO3

2-(aq)

Page 13: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

3.ดลจ านวนอะตอมและดลประจของแตละครงปฏกรยา

ปฏกรยาออกซเดชน

ปฏกรยารดกชน

C2O42-(aq) + 2H2O(aq) 2CO3

2-(aq) + 4H+ + 2e-

C2O42-(aq) + 2H2O(aq) 2CO3

2-(aq) + 4H+

C2O42-(aq) 2CO3

2-(aq)

C2O42-(aq) + 2H2O(aq) 2CO3

2-(aq)

MnO4-(aq) + 4H+ + 3e- MnO2(s) + 2H2O(aq)

MnO4-(aq) + 4H+ MnO2(s) + 2H2O(aq)

MnO4-(aq) MnO2(s) + 2H2O(aq)

ปฏกรยารดอกซ

ปฏกรยาออกซเดชน

ปฏกรยารดกชน

X 3

X 4

3C2O42-(aq) +6H2O(aq) 6CO3

2-(aq) + 12H+ + 6e-

4MnO4-(aq) + 16H+ + 6e- 4MnO2(s) + 8H2O(aq)

4MnO4-(aq) + 4H+ + 3C2O4

2-(aq) 4MnO2(s) + 6CO32-(aq) + 2H2O(aq)

Page 14: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลไฟฟาเคมจ าแนกไดเปน 2 ประเภท

1. เซลลกลวานก คอเซลลไฟฟาเคมทสารท าปฏกรยากนแลว กระแสไฟฟา หรอเรยกวา เซลลทเกดไดเอง

2. เซลลอเลกโทรไลต คอ เซลลไฟฟาเคมซงตองผานกระแสไฟฟา ภายนอกเขาไปในสารเพอใหเกดปฏกรยาเคม

Page 15: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeterเซลลกลวานก

• มขวไฟฟาตางชนดกน 2 ขว จมอยในสารละลายอเลกโทรไลตตางกน

• ขวไฟฟาแตละชนดตองจมอยในสารละลายเกลอหรอไอออนของมน

• มกระแสไฟฟาเกดขน สงเกตจากการเบนเขมของโวลตมเตอร

• ม KCl เชอมตอระหวาง 2 บกเกอร

• ดานทเขมโวลตมเตอรเบนหาเรยกวาดาน cathode

Page 16: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก

• เซลลกลวานก เปลยนพลงงานเคมใหเปนพลงงานไฟฟา

โดยสารเคมทอยในเซลลเกดการถายโอนอเลกตรอนท าใหมกระแสไฟฟาเกดขน

• เซลลกลวานก ประกอบดวย ขวไฟฟาตางชนดกน 2 ขว จมอยในสารละลายอเลกโทรไลตทตางกน

• ขวทให e- ไดดกวา เรยก แอโนด (anode) ขวลบ (เกดปฏกรยาออกซเดชน)

• ขวทรบ e- ไดดกวา เรยก แคโทด (cathode) ขวบวก (เกดปฏกรยารดกชน)

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeter

สรปไดวา

Page 17: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

สวนประกอบของเซลลกลวานก

1. ขวไฟฟา

2. สารละลายอเลกโทรไลต

3. สะพานไอออน (สะพานเกลอ)

4. โวลตมเตอร

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeter

จากสวนประกอบขางตนนกเรยนคดวา ขาดสวนใดไปแลว เซลลยงสามารถถายโอนอเลกตรอนไดตามปกต

ตอบ โวลตมเตอร

Page 18: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeter

เปนแหลงเกดปฏกรยาเคม

อาจเปน - โลหะจมในสารละลายไอออนของโลหะนนๆ

- แกสผานเขาไปในสารละลายไอออนของแกสนนๆ

โดยมโลหะเฉอยเปนตวใหหรอรบอเลกตรอน

- โลหะ เกลอของโลหะและไอออนลบของเกลอ

- สารละลายไอออนบวก 2 ชนดของโลหะชนดเดยวกน

มโลหะเฉอยเปนตวใหและรบอเลกตรอน

1. ขวไฟฟา

สวนประกอบของเซลลกลวานก

โลหะเฉอย เชน Pt , Hg, Cเปนตน

Page 19: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeterสวนประกอบของเซลลกลวานก

2. สารละลายอเลกโทรไลต

3. สะพานไอออน (สะพานเกลอ)

4. โวลตมเตอร

- สารละลายเกลอของขวไฟฟาทงสอง โดยขวไฟฟาแตละชนด ตองจมอยในสารละลายเกลอของมน

- เปนตวเชอมครงเซลลทงสองเขาดวยกน- ชวยรกษาสมดลของไอออนครงเซลล- ท าจากเกลอทละลายน าไดดทมไอออนบวกและลบ เคลอนทดวยความเรวใกลเคยงกน เชน KNO3, KCl, NH4NO3

- เปนเครองมอวดคาศกยไฟฟาของเซลล

Page 20: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeterปฏกรยาของเซลลกลวานก

ครงปฏกรยาออกซเดชนครงปฏกรยารดกชน

Zn และ Cu เรยกวา ขวไฟฟา

หมายเหตมเตอรไฟฟาวดทศทางการเคลอนทของ e- โดยเขมจะเบนตามทศทางการเคลอนทของ e-

Zn(s) Zn2+ + 2e-

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

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

(aq)

Page 21: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การถายโอนอเลกตรอนในเซลลกลวานก

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

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

Zn2+

Cu2+

2e-

Page 22: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeter

แผนภาพเซลลกลวานก

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

ทายซคะ วาแผนภาพ

เซลลทเหนไดมาอยางไร?

Page 23: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

Cucathode

Znanode Cu2+Zn2+

KCl

Voltmeter

แผนภาพเซลลกลวานก

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

ครงปฏกรยาออกซเดชน Zn(s) Zn2+ + 2e-

ครงปฏกรยารดกชน Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

พอจะดออกหรอยงคะ

วามท มาอยางไร

Page 24: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เปรยบเทยบการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

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

2. Pt | H2 (g)| H+(aq) || Cu2+(aq)(1 M) | Cu(s)

3.Cu(s) | Cu2+(aq)(0.1M) | | Ag+(aq)(0.1M) | Ag(s)

4. Pt(s) | H2(g) | H+(aq) ll H+(aq) | H2(g) | Pt(s)

5. Pt(s) | Fe2+(aq) , Fe3+(aq) ll Co3+ (1.0 M), Co2+ (0.1 M) | Pt

Page 25: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

หลกการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

4. ระบความเขมขน หรอความดนเขยนวงเลบไวหลงสถานะสารชนดนนๆ

1. ใชเครองหมาย | | แทนสะพานเกลอคนกลางปฏกรยาทงสอง

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

Cu(s) | Cu2+(aq)(0.1M) | | Ag+(aq)(0.1M) | Ag(s)

3. กรณครงเซลลธาตเดยวกน สถานะตาง ใช l คน

2. ครงเซลลออกซเดชน แอโนด อยดานซายของสะพานไอออน ครงเซลลรดกชน แคโทด อยดานขวาของสะพานไอออน

Page 26: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

หลกการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

5. กรณครงเซลลธาตเดยวกน สถานะเหมอน ไอออนตาง ใช , คน

6. กรณเลขออกซเดชนหรอไอออนยงมาก ยงใกลสะพานไอออนมาก

Pt | H2 (g)| H+(aq) || Cu2+(aq)(1 M) | Cu(s)

7. ถาเปนขวไฟฟากาซจะตองใสขวไฟฟาเฉอยคอ Pt หรอ C เปนขวไฟฟา

Pt(s) | H2(g) | H+(aq) ll H+(aq) | H2(g) | Pt(s)

Pt(s) | Fe3+(aq) , Fe2+(aq) ll Co3+ (1.0 M), Co2+ (0.1 M) | Pt

Page 27: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. H2 (g) + Cu2+(aq)(1 M) H+(aq) + Cu(s)

4. Fe2+(aq) + Co3+ (1.0 M) Co2+ (0.1 M) + Fe3+(aq)

5. Cu(s) + Ag+(aq)(0.1M) Cu2+(aq)(0.1M) + Ag(s)

3. H2(g) + H+(aq) H+(aq) + H2(g)

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

รจรงแคไหนมาพสจนกน

จากโจทยใหเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

Page 28: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

4. Pt(s) | Fe3+(aq) , Fe2+(aq) ll Co3+ (1.0 M), Co2+ (0.1 M) | Pt

2. Pt | H2 (g)| H+(aq) || Cu2+(aq)(1 M) | Cu(s)

3. Pt(s) | H2(g) | H+(aq) ll H+(aq) | H2(g) | Pt(s)

5. Cu(s) | Cu2+(aq)(0.1M) | | Ag+(aq)(0.1M) | Ag(s)

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

ท าถกหรอเปลาคะหลกการเขยนแผนภาพเซลลกลวานก

Page 29: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ศกยไฟฟาของขวไฟฟามาตรฐาน

ความสามารถในการรบอเลกตรอนโดยเปรยบเทยบกบศกยไฟฟา ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน (Standard hydrogen electrode, SHE)

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน ประกอบดวย- ขวไฟฟาเปนแกสไฮโดรเจน ความดน 1 บรรยากาศ - ม Pt เปนสอใหและรบอเลกตรอน - สารละลายอเลกโทรไลตเปนกรดไฮโดรคลอรก 1 mol/l

- อณหภม 25Cและก าหนดใหครงเซลลนมศกยไฟฟา 0.00 โวลต

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Page 30: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การหาคาศกยไฟฟาของครงเซลลหรอขวไฟฟาใด

น ามาตอกบครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

ถาครงเซลลมาตรฐานไฮโดรเจนใหอเลกตรอนไดดกวา

ถาครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐานเปนฝายรบอเลกตรอน

เกดปฏกรยาออกซเดชน H2(1 atm) 2H+ + 2e-

เกดปฏกรยารดกชน 2H+ + 2e- H2(1 atm)

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Page 31: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ประโยชนของคาศกยไฟฟารดกชนมาตรฐาน

Eมาก รบ e- ไดดกวา E นอย

ตวออกซไดซทด ตวรดวซทดขวบวก(แคโทด)

ขวลบ(แอโนด)

- ใชบอกความสามารถในการรบอเลกตรอนของสารตางๆ

- ใชท านายทศทางการเกดปฏกรยา

ถา Ecell มคาเปนบวกแสดงวาเกดปฏกรยาได

โดยครงเซลลทมคา E มากกวาเกดปฏกรยารดกชน

สวนครงเซลลทมคา E นอยกวาเกดปฏกรยาออกซเดชน

ถา Ecell เปนลบแสดงวาไมเกดปฏกรยา

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Page 32: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การหาคาศกยไฟฟาหรอแรงเคลอนไฟฟาของเซลลสามารถค านวณจากคา E ของขวไฟฟามาตรฐานทใชท าเซลลกลวานก

แรงเคลอนไฟฟาของเซลล, Ecell

Ecell = Ecathode - Eanode

E0cell = E0

cathode - E0anode

ทสภาวะมาตรฐาน

***ถา E0cell มคาเปนบวกแสดงวาปฏกรยานนสามารถเกดขนไดเอง***

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Page 33: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้
Page 34: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

H2(g)

H+

Cl-

1 M HCl

Cu2+

SO42-

1 M CuSO4

Cuแคโทด

e-e-0.34 V

หาศกยไฟฟาของขวไฟฟาทองแดง

อเลกตรอนไหลจากครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐานไปยงครงเซลลทองแดง

แรงเคลอนไฟฟาทวดไดเปนศกยไฟฟาของครงเซลลทองแดง

ครงเซลลทรบอเลกตรอน ศกยรดกชนครงเซลลทใหอเลกตรอน ศกยออกซเดชน

Ecell = Ecathode - Eanode

0.34 = ECu - EH2

ECu = 0.34 – 0.00 = 0.34 โวลต

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

Page 35: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

จงค านวณคา Ecell จากแผนภาพของเซลลตอไปนAl(s) | Al3+(aq) || Cu2+(aq) | Cu(s)

Anode (ออกซเดชน)

Cathode (รดกชน)

ปฏกรยาของเซลล (รดอกซ)

Ecell = Ecathode - Eanode

Ecell = 0.34 – (-1.66) = 2.00 โวลต

หรอหาจากสตร Ecell = Eox + Ered

= 1.66 + 0.34 = 2.00 โวลต

ศกยไฟฟาของเซลลและศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

2(Al(s) Al3+(aq) + 3e-) E = - 1.66 โวลต

3(Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)) E = + 0.34 โวลต

2Al(s) + 3Cu2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Cu(s)

ปฏกรยาน สามารถเกดขนเองได

Page 36: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ประเภทของเซลลกลวานก

เซลลกลวานก เปลยนปฏกรยาเคม ไฟฟา เรยกวา เซลลโวลตาอก(Voltaic cell) ท าใหเกดการแลกเปลยนอเลกตรอนระหวางปฏกรยาออกซเดชนและรดกชนผานลวดตวน าไฟฟา แบงเปน 2 ชนดคอ

เซลลปฐมภม ปฏกรยาเคมภายในเซลลเกดขนอยางสมบรณ ท าใหเกดปฏกรยายอนกลบไมได ไมสามารถน ามาอดไฟใชใหม

เซลลทตยภม ปฏกรยาเคมภายในเซลลสามารถยอนกลบไดอก โดยการอดไฟเขาไปใหม หรอใชไฟหมดแลวสามารถอดไฟใหมไดอก

Page 37: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

• ถานไฟฉาย• เซลลแอลคาไลน • เซลลปรอท • เซลลเงน • เซลลเชอเพลงไฮโดรเจน-ออกซเจน• เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน

• เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว• เซลลนกเกล – แคดเมยม • เซลลโซเดยม-ซลเฟอร

ตวอยางเซลลปฐมภม ตวอยางเซลลทตยภม

Page 38: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

1. ถานไฟฉาย

ประกอบดวย• กลองสงกะส ขวแอโนด • มแทงคารบอน แคโทด • รอบ ๆ แทงคารบอนมแมงกานส (IV) ออกไซด ซงมสารละลายของแอมโมเนยคลอไรด เปนอเลกโทรไลตบรรจอย •ผสมกาวลงไปเพราะแอมโมเนยคลอไรดร วงาย

Anode : Zn(s) Zn 2+ (aq) + 2e -

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

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

โดยทวไปม ศกยไฟฟาประมาณ 1.5 V NH3ทเกด ปองกนไมใหเกด สารประกอบเชงซอนของเตตระแอมมนซงค (II) ไอออน [Zn(NH3)4]2+ และ ไดอาควาแอมมนซงค (II) ไอออน[Zn(NH3)2(H2O)2]2+ ซงจะท าใหศกยไฟฟาของเซลลเปลยนแปลง

Page 39: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. เซลลแอลคาไลน

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

ประกอบดวย• คลายเซลลถานไฟฉาย ตางกนทสารละลายNaOH หรอ KOH เปนอเลกโทรไลต• กลองสงกะส ขวแอโนด • มแทงคารบอน แคโทด • รอบ ๆ แทงคารบอนมแมงกานส (IV) ออกไซด ผสมผงคารบอนโดยอดตดกบแทงคารบอน ประโยชนใชในไฟฉายวทยหรออปกรณอเลกทรอนกสตางๆ

โดยทวไปม ศกยไฟฟาประมาณ 1.5 โวลต แตใหกระแสไฟฟาไดนานกวาเซลลแหง เนองจาก OH- และ H2O ทเกดขนในปฏกรยาสามารถกลบไปเปนสารตงตนของปฏกรยาไดอก

MnO8 ผสม KOH

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

Cathode : 2MnO2(s) + 2H2O (l) + 2e- Mn2O3(s) + 2OH-(aq)ปฏกรยารวม : Zn(s) + 2MnO2(s) ZnO(s) + Mn2O3(s)

Page 40: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

3. เซลลปรอท

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

ประกอบดวย• ใช HgOแทนMnO2 ของแอลคาไลน• กลองสงกะส ขวแอโนด • มแทงคารบอน แคโทด • รอบ ๆ แทงคารบอนมเมอควร (II) ออกไซดผสมผงคารบอนอดตดอย และผสมผงคารบอนมสารละลายของ NaOH หรอ KOHซงท าหนาทเปนอเลกโทรไลต• ประโยชน ใชในเครองฟงเสยงส าหรบคนหพการ เครองคดเลข นาฬกา กลองถายรป เครองตรวจการเตนของหวใจ

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

Cathode : Hg2O(s) + 2H2O (l) + 2e- Hg(l) + 2OH-(aq)ปฏกรยารวม : Zn(s) + Hg2O(s) ZnO(s) + Hg(s)

ใหศกยไฟฟาประมาณ 1.3 V ใหกระแสไฟฟาต า ขอด คอใหศกยไฟฟาเกอบคงทตลอดอายการใชงาน

แคโทด

แอโนด

HgO, KOH+

-

Page 41: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

ประกอบดวยคลายเซลลปรอท แตใชAg2OแทนHgO• กลองสงกะส ขวแอโนด • มแทงคารบอน แคโทด •รอบ ๆ แทงคารบอนมAg2OผสมผงคารบอนโดยอดตดซงหมดวยAgO มสารละลายของ NaOH หรอ KOH เปนอเลกโทรไลตผสม Zn(OH)2•ประโยชนใชกบลองถายรป เครองตรวจการเตนของหวใจ เครองชวยฟง นาฬกา เครองคดเลข

4. เซลลเงน

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

Cathode : Ag2O(s) + H2O (l) + 2e- 2Ag(s) + 2OH-(aq)ปฏกรยารวม : Zn(s) + Ag2O(s) ZnO(s) + 2Ag(s)

ใหศกยไฟฟาประมาณ 5 V ขนาดเลกและอายการใชงานนานมากราคาแพง

แคโทด

แอโนด

Ag2O,Zn(OH)2,KOH+

-

Page 42: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เปนเซลลปฐมภมทตองผานสารตงตนซงเปนเชอเพลงเขาไปทขวแอโนดและแคโทตลอดเวลา เกดการสนดาปภายในเซลลและใหพลงงานออกมา แตไมเกดการลกไหมเนองจากปฏกรยาออกซเดชนและรดกชนทเกดขวตางกน โดยอเลกตรอนจะเคลอนทจากขวแอโนดไปแคโทด

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

เซลลเชอเพลง

เสรมนดนะคะ

Page 43: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ประกอบดวย• ใชH2(g)เขาไปในชองแอโนด ทมแกรไฟตผสมนกเกล• ใช O2(g)เขาไปในชองแคโทด ทมแกรไฟตผสมนเกลและนกเกล (II) ออกไซด เพอชวยเรงปฏกรยา•โซเดยมคารบอรเนตหลอมเหลวเปนอเลกโทรไลต

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

5. เซลลเชอเพลงไฮโดรเจน-ออกซเจน

Anode : H2(g) + CO32-(l) H2O(g) + CO2(g) + 2e-

Cathode : O2(g) + CO2(g) + 2e- CO32-(l)

ปฏกรยารวม : 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g)

ใหศกยไฟฟาประมาณ 1.2 Vราคาแพงมาก ใชกบเรอด าน า ยานพาหนะทางทหาร ในกระสวยอวกาศและยงไดน าบรสทธเปนน าดมส าหรบนกบนอวกาศอกดวย

Page 44: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม

6.เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน

ประกอบดวย• ใชแกสโพรเพนผาน เขาไปในชองแอโนด• ใชแกสออกซเจนผาน เขาไปในชองแคโทด • สารละลายกรดซลฟรก เปนอเลกโทรไลต• ประโยชน ใชกบเรอด าน ายานพาหนะทใชทางการทหารและในกระสวยอวกาศ

Anode : C3H8(g) + 6H2O(l) 3CO2(g) + 20H+ (aq)+ 20e-(s)Cathode : 5O2 (g) + 20H+ (aq) + 20e- 10H2O(l)ปฏกรยารวม : 5O2 (g) + C3H8(g) 3CO2(g) + 4H2O(l)

ปฏกรยาสนดาปของกาซโพรเพนในเครองยนต ใหประสทธภาพการท างานสงประมาณ 2 เทาของเครองยนตสนดาปภายใน

Page 45: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก ชนดเซลลปฐมภม เซลลเชอเพลงโพรเพน-ออกซเจน

Page 46: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลกลวานก ชนดเซลลทตยภม

1. เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว

ประกอบดวย• แผนตะกว เปนแอโนด• เลด(IV)ออกไซด ทเคลอบบนผวตะกวเปนแคโทด• สารละลายกรดซลฟรกเขมขนรอยละ 30-38 เปนอเลกโทรไลต• แหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง เพอใหข วทงสอง มศกยไฟฟาตางกนและเกดกระแสไฟฟาขน• ประโยชน ใชเปนแหลงพลงงานไฟฟาในรถยนตหรอจกรยานยนต

จายไฟปฏกรยารวม Pb + PbO2 + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O - + อดไฟ

มศกยไฟฟา 2 โวลต สามารถตอเปนอนกรมศกยไฟฟาเพมขน เชน แบตตอรรถยนตมเซลลอนกรมตอกน 6 เซล เรยกทวไปวา แบตเตอร ถงแมจะอดไฟใหมได แต PbSO4 ทเกดขนทข วทงสองอยทกนภาชนะ ท าใหข วสกกรอนและเสอมสภาพในทสด

Page 47: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. เซลลนกเกล – แคดเมยม

เซลลกลวานก ชนดเซลลทตยภม

ประกอบดวย•มโลหะเมยมเปนแอโนด •นกเกล (IV) ออกไซดเปนแคโทด และม NiO(OH) ฉาบอย•มสารละลายเบสเปนอเลกโทรไลต คอ โพแทสเซยมไฮดรอกไซด• ประโยชน เซลลชนดนใชกบเครองคดเลข กลองถายรป เครองเลเซอรชนดไรสาย

เรยกทวไปวา เซลลนแคด ใหศกยไฟฟาประมาณ 1.4 โวลต สามารถประจไฟไดใหมการประจไฟจะเกดยอนกลบกบปฏกรยาการจายไฟขอด ใชไดนาน ขอเสย ก าจดยาก เพราะแคดเมยมเปนโลหะมพษ

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

Cathode : 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) + 2e- 2Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq)ปฏกรยารวม : Cd(s) + 2NiO(OH)(s) + 2H2O(l) Cd(OH)2(s) + 2Ni(OH)2(s)

Page 48: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

3. เซลลโซเดยม-ซลเฟอร

เซลลกลวานก ชนดเซลลทตยภม

Anode : 2Na(l) 2Na2+(l) + 2e-

Cathode : (n/8)S8(l) + 2e- nS2-(l)ปฏกรยารวม : 2Na(l) + (n/8)S8(l) Na2Sn(l)

ประกอบดวย• โซเดยมเหลวเปนแอโนด• ก ามะถนเหลว เปนแคโทด (ผสมผงแกรไฟตเพอเพมประสทธภาพการน าไฟฟา)•บตาอะลมนา เปนของผสมของออกไซดของโลหะ (Al, Mg, Na) ทยอมให Na+ เคลอนทผานไดเปนอเลกโทรไลต

ระหวาง OxidationและReduction คนดวยเซรามกสทมรพรนเลกๆ เพอใหโซเดยมไอออนผานใหศกยไฟฟาประมาณ 2.1 Vสามารถประจไฟ มอายการใชงานนานกวาเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว แตตองควบคมอณหภมใหได ~350 oCเพอใหสารอยในสภาพหลอมเหลว

Page 49: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

3. เซลลโซเดยม-ซลเฟอร

เซลลกลวานก ชนดเซลลทตยภม

Page 50: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

เซลลอเลกโทรไลต คอ เซลลไฟฟาเคมซงตองผานกระแสไฟฟาภายนอกเขาไปในสารเพอใหเกดปฏกรยาเคมสวนประกอบทส าคญของElectrolytic cell

1. แหลงพลงงานไฟฟาจากภายนอก

2. ขวไฟฟา

3. สารละลายอเลกโทรไลต

เซลลอเลกโทรไลต

ขวไฟฟาทตอกบขวบวกของแบตเตอร เกดออกซเดชน เรยก แอโนด

ขวไฟฟาทตอกบขวลบของแบตเตอร เกดรดกชน เรยก แคโทด

Page 51: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

1. ขวไฟฟา 2 ขว

ขวทตอกบขวบวกของแหลงก าเนด ขวบวก แอโนด ออกซเดชน

ไอออนลบเคลอนทเขามาถายเทอเลกตรอน

ขวทตอกบขวลบของแหลงก าเนด ขวลบ แคโทด รดกชน

ไอออนบวกเคลอนทมารบอเลกตรอน

เซลลอเลกโทรไลต สวนประกอบของเซลลอเลกโทรไลต

Page 52: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. แหลงก าเนดไฟฟา

เปนแหลงใหพลงงานของเซลล เพอใหปฏกรยาทเกดขนเองไมไดสามารถเกดปฏกรยาได

3. อเลกโทรไลตทหลอมเหลวหรอสารละลายอเลกโทรไลต

เปนสารทตองการแยกสลายดวยไฟฟา

เซลลอเลกโทรไลต สวนประกอบของเซลลอเลกโทรไลต

Page 53: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

กระบวนการทเกดขนเมอใหกระแสไฟฟาผานลงไปในสารละลายหรอสารทก าลงหลอมเหลว ท าใหอเลกโทรไลตหรอตวท าละลายเกดการเปลยนแปลงทขวไฟฟา โดยเกดออกซเดชน-รดกชน

การแยกสารละลายดวยไฟฟา

ออกซเดชน เกดทขวบวก (แอโนด)

รดกชน เกดทขวลบ (แคโทด)

ไอออนลบเคลอนทเขาหาแอโนด เพอถายเทอเลกตรอน

ไอออนบวกเคลอนทเขาหาแคโทดเพอรบอเลกตรอน

เซลลอเลกโทรไลต

Page 54: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ถาแยกสารละลายจะมน าเขาไปเกยวของในปฏกรยาดงนน การเลอกปฏกรยาทจะใชเปนแคโทด แอโนด กตองพจารณาศกยไฟฟาของน าดวย

การแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 55: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ตวอยางการแยกสลายโซเดยมคลอไรดทหลอมเหลวดวยไฟฟา

ผานพลงงานไฟฟาลงในอเลกโทรไลตโซเดยมคลอไรดทหลอมเหลว

โดยใชขวไฟฟาเปนโลหะเฉอย

แอโนด (ออกซเดชน) 2Cl- Cl2(g) + 2e- E = 1.36

แคโทด (รดกชน) 2(Na+ + e- Na(s) E = -2.71

ปฏกรยารดอกซ 2Cl- + 2Na+ Cl2(g) + 2Na(s) Ecell = -4.07

Ecell มคาเปน ลบ ปฏกรยาเกดเองไมได

เมอไดรบพลงงานจากภายนอก อยางนอย 4.07 โวลต

จะเกดปฏกรยาการแยกสลายดวยไฟฟาขน

การแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 56: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟา

1. การแยกธาต เชน การผลต Al จาก Al2O3

ทแอโนด (ออกซเดชน) 3O2- 3O2(g) + 6e-

ทแคโทด (รดกชน) 2(Al3+ + 3e- Al(l))

ปฏกรยาของเซลล 2Al3+ + 3O2- 2Al(l) + 3 O2(g)

การแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 57: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. การท าใหสารบรสทธ โดยใชโลหะทไมบรสทธเปนแอโนด และ โลหะทบรสทธเปนแคโทด

เชน การท าทองแดงใหบรสทธ

ปฏกรยาทแอโนด (ออกซเดชน)

Cu(s) Cu2+ + 2e-

ปฏกรยาทแคโทด (รดกชน)

Cu2+ + 2e- Cu(s)

การแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟา

Page 58: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การท าโลหะใหบรสทธโดยใชเซลลอเลกโทรไลต

+-

AnodeCathode

CuSO4

+ H2SO4

ทองแดงไมบรสทธทองแดงบรสทธ

กากตะกอน

การท าทองแดงใหบรสทธ จากโลหะทประกอบดวย Cu, Fe, Zn, Ag, Au, Pt

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 59: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การท าโลหะใหบรสทธโดยใชเซลลอเลกโทรไลต

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 60: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การท าโลหะใหบรสทธโดยใชเซลลอเลกโทรไลต

โลหะทองแดงทไดจากการถลงสนแรจะมความบรสทธไมเกนรอยละ 90 ทเหลอเปนสงเจอปนทมกจะมอยในทองแดง ไดแก เหลก เงน ทอง แพตนมและสงกะส

ขวแอโนด ทองแดงทไมบรสทธ

แคโทด แผนทองแดงทบรสทธ

อเลกโทรไลต สารละลายผสมของคอปเปอร (II) ซลเฟตกบกรดซลฟวรก

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 61: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

3. การชบโลหะ ใหโลหะทใชชบเปนแอโนด สวนโลหะทจะชบ เปนแคโทด จมในสารละลายของไอออนของโลหะทใชชบ

การชบเงนบนผวสงกะส

ปฏกรยาทแอโนด (ออกซเดชน)

Ag(s) Ag+ + e-

Ag+ + e- Ag(s)

ปฏกรยาทแคโทด (รดกชน)

ขวแอโนด เงนขวแคโทด สงกะสสารละลายอเลกโทรไลต Ag+

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 62: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา

หลกการของการชบโลหะดวยไฟฟา คอ ตองใหโลหะชนดหนงมาเคลอบบนโลหะอกชนดหนงทอย เปนแคโทดโดยจดเซลลดงน

ขวแอโนด: โลหะทใชชบ

ขวแคโทด: โลหะทตองการชบ

สารละลายอเลกโทรไลต: โลหะไอออนของโลหะทเปนแอโนด

การชบชอนโลหะดวยเงน

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 63: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

หลกการทส าคญดงน

1. วตถทตองการชบตอกบขวลบของแบตเตอร

หรอแคโทด

โลหะทใชชบตอกบขวบวกของแบตเตอร

หรอเปนแอโนด

2. สารละลายอเลกโทรไลตมไอออนของโลหะ

ชนดทเดยวกบโลหะทเปนแอโนดหรอโลหะทใชชบ

3. ใชไฟฟากระแสตรงเพอใหขวไฟฟาเปนขวบวกและขวลบคงเดม

การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา

ประโยชนของการแยกสารละลายดวยไฟฟาเซลลอเลกโทรไลต

Page 64: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การกดกรอนและการปองกน

การกดกรอน (corrosion) เปนปฏกรยารดอกซของโลหะทเกดจาก

สภาพแวดลอม (ออกซเจน และ ความชน) ท าใหเกดการเปลยน

เปนสารประกอบเชงซอนของโลหะนน

เซลลอเลกโทรไลต• 1 2 3 4

ลวด Mg

Page 65: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

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

Fe(OH)2(s)

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

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

Page 66: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การเกดสนมเหลก

บรเวณทถกกดกรอนจะเกดปฏกรยาออกซเดชนหรอเปนแอโนด โลหะเหลก (Fe(s)) เปลยนไปเปน Fe2+

Fe(s) Fe2+ + 2e-

อเลกตรอนสมผสกบอากาศและความชน เกดรดกชน

½ O2(g) + H2O(g) + 2e- 2OH-

ปฏกรยารวมของการกดกรอน

Fe(s) + ½ O2(g) + H2O(g) Fe2+ + 2OH-

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

Page 67: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การเกดสนมเหลกเนองจาก CO2

CO2 ละลายน าแลวเกด H2CO3 ซงแตกตวให H+

Anode : Fe(s) Fe2+(aq) + 2e-

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

4Fe2+(aq) + O2(g) + (4+2n)H2O(l) 2Fe2O3.nH2O(s) + 8H+(aq)

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

การเกดสนมเหลก

Page 68: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ปองกนไมใหพนผวของโลหะสมผสกบออกซเจน ความชน

หรอสารละลายอเลกโทรไลต

1. การทาส ทาน ามน การรมด า และการเคลอบพลาสตก เปนการปองกนการถกกบ O2 และความชน

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

การปองกนการเกดสนม

Page 69: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

2. การเคลอบพนผวโลหะดวยโลหะทมความวองไวมากกวา

(หรอเปนโลหะทเกดปฏกรยาออกซเดชนไดดกวา)

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

การปองกนการเกดสนม

3. ท าการชบดวยโลหะโลหะบางชนดมสมบตพเศษ กลาวคอเมอท าปฏกรยากบออกซเจนจะเกดเปนออกไซดของโลหะเคลอบอยบนผวของโลหะนนและไมเกดการผกรอนอกตอไป โลหะทมสมบตดงกลาวไดแก อลมเนยม ดบก และสงกะส การชบ หรอเคลอบโดยโลหะท Oxide ของโลหะนนคงตว สลายตวยาก จะเปนผวบางๆ คลมผวโลหะอกท ไดแก Cr (โครเมยม) และอลมเนยม(Al) เปนตน ดงนน Cr2O3.Al2O3 สลายตวยาก เรยกชอวาวธ อะโนไดซ (Anodize)

หมายเหต เหลกกลาไมเกดสนม (stainless steel) เปน Fe ผสม Cr

Page 70: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

การปองกนการเกดสนม

4. วธแคโทดก (Cathodic) โดยพนโลหะทไมตองการใหเกดสนมดวยโลหะทมศกยไฟฟาต ากวา หรอตอเขากบขวลบของแหลงก าเนดไฟฟากระแสตรง โลหะทมคา E๐ ต ากวา และขวลบของแหลงก าเนดไฟฟากระแสตรงจะท าหนาทเปนแอโนด สวนโลหะทไมตองการใหเกดสนมจะเปนแคโทด

การฝงถง Mg ตามทอ หรอการผก Mg ตามโครงเรอ จะท าให Fe ผชาลง เนองจาก Mg เสย e งายกวา Fe จะเสย e แทน Fe

Page 71: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

4. การปองกนการผกรอนของโลหะในระบบหลอเยนแบบปด

การท าผวโลหะดวยสารยบยงการสกกรอน

สารบางชนดมสมบตยบยงการสกกรอนของโลหะได

เกลอโครเมต เมอทาบนผวเหลกจะท าปฏกรยาได FeCrO4 เคลอบผวเหลก ชวยปองกนการสกกรอนได

เกลอไตรบวทลามนซงอยในรปของ(CuHg)3NH+ เมอเตมลงไปในหมอน ารถยนตจะเขาไปในพนผวของโลหะในลกษณะเปนแผนฟลมบาง ๆ ท าใหสามารถยบยงการสกกรอนได

การกดกรอนและการปองกนเซลลอเลกโทรไลต

การปองกนการเกดสนม

Page 72: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การปองกนการผกรอนของถงเหลกโดยใชขว Mg

Page 73: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

ปฏกรยาทเกดขน ทแอโนด Li (s) ------> Li+(s) + e-

ทแคโทด TiS2(s) + e- -----> TiS2 -(s) ปฏกรยารวม Li(s) + TiS2(s) -----> Li+(s) + TiS2

-

(s)

Page 74: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

แบตเตอรอเลกโทรไลตแขง

แอโนด โลหะลเทยม

แคโทด ไทเทเนยมไดซลไฟด

อเลกโทรไลต สารจ าพวกพอลเมอรจงเรยกวา อเลกโทรไลตแขง ซงมสมบตยอมใหไอออนผานไดด แตไมยอมใหอเลกตรอนผาน

Page 75: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

แบตเตอรอเลกโทรไลตแขง

ปฏกรยาทเกดขน

เซลลชนดนมศกยไฟฟาประมาณ 3 โวลต และเปนเซลลทตยภม

ขอดคอไมตองเตมน ากลน

แตราคายงแพงเมอเปรยบเทยบกบเซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว

แอโนด Li(s) Li+(ในอเลกโทรไลตแขง) + e-

แคโทด TiS2(s) + e- TiS2-(s)

ปฏกรยารวม Li(s) + TiS2(s) Li+(ในอเลกโทรไลตแขง) + TiS2-(s)

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

Page 76: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

แบตเตอรอากาศ

ตวออกซไดส

ออกซเจนในอากาศ

ตวรดวซ

สงกะส หรอะลมเนยม

อเลกโทรไลต

สารละลาย NaOH เขมขน

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

Page 77: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

แบตเตอรอากาศ

ปฏกรยาทเกดขนในเซลล

แอโนด Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

แคโทด O2(g) + 4e- 2O2-(g)

ปฏกรยารวม 2Zn(s) + O2(g) 2ZnO(s)

เมอน าแบตเตอรไปประจไฟ แกสออกซเจนจะถกปลอยออกจากแบตเตอร สวนซงคออกไซดจะถกรดวซไปเปนสงกะส

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

Page 78: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การท าอเลกโทรไดอะลซสน าทะเล

เซลลอเลกโทรไลตทใชแยกไอออนออกจากสารละลาย

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

Page 79: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้

การท าอเลกโทรไดอะลซสน าทะเล

ประโยชน ใชแยกไอออนออกจากสารละลาย โดยใหไอออนผานเยอบาง ๆ ไปยงขวไฟฟา ทมประจตรงกนขาม ท าใหสารละลายทอยระหวางขวไฟฟาทงสอง มจ านวนไอออนลดนอยลงหลกการนสามารถน าไปใชแยกโซเดยมไอออน และคลอไรดไอออนออกจากน าทะเลได ท าใหน าทะเลกลายเปนน าจด

ความกาวหนาทางเทคโนโลยเกยวของกบเซลลไฟฟาเคม

Page 80: ไฟฟ้าเคมี - sw-phayao.ac.th · โดยสารเคมีท่ีอยู่ในเซลล์เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนทาให้มีกระแสไฟฟ้าเกิดขึน้