Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
เคมีไฟฟ้า, นางสาวนันทิยา จุลิวรรฬี เลขที่ 36 ม.5/5 - Coggle Diagram
เคมีไฟฟ้า
-
การศึกษาเกี่ยวกับการเกิดปฏิกิริยาเคมีและพลังงานไฟฟ้า และในบทนี้จะกล่าวถึงหลักการเบื้องต้นทางเคมีไฟฟ้า
ประโยชน์ของเซลล์คมีไฟฟ้า
หลักการของเซลล์เคมีไฟฟ้าทั้งเซลล์กัลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรลิติกสามารถนำมาประยุกต์ใช้
ในอุตสาหกรรม เช่น การผลิตแบตเตอรี่ การป้องกันการกัดกร่อนของโลหะ การชุบโลหะ การแยกสารเคมีด้วยกระแสไฟฟ้า การทำโลหะให้บริสุทธิ์
แบตเตอรี่แบตเตอรี่ (battery) คืออุปกรณ์ที่ประกอบด้วยเซลล์เคมีไฟฟ้าตั้งแต่ 1 เซลล์ขึ้นไปเพื่อให้พลังงานไฟฟ้าแก่อุปกรณ์ชนิดอื่น โดยแบ่งเป็น 2 ประเภท คือ เซลล์ปฐมภูมิ (primary cell) ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้หมดแล้วไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก และเซลล์ทุติยภูมิ (secondary cell) ซึ่งเป็นแบตเตอรี่ที่ใช้แล้วสามารถนำมาประจุ (charge) ใหม่ได้ แบตเตอรี่มีส่วนประกอบของเซลล์ ปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ และลักษณะการใช้งานที่หลากหลาย
การกัดกร่อนของโลหะและการป้องกันเครื่องมือเครื่องใช้ วัสดุอุปกรณ์ต่าง 1 หรือสิ่งก่อสร้างที่ทำด้วยโลหะหรือมีโลหะเป็นส่วนประกอบ เมื่อใช้งานไประยะหนึ่งมักพบปัญหาการผุกร่อนหรือเกิดสนิม เช่น สนิมเหล็ก สนิมทองแดง หลังคาสังกะสีผุกร่อน ซึ่งกระบวนการเหล่านี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยโลหะเกิดปฏิกิริยา
ออกซิเดชันและแก๊สออกซิเจนเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้เป็นออกไซด์ของโลหะที่หลุดล่อนจากผิวโลหะได้ง่าย เช่น การเกิดสนิมเหล็ก เกิดจากผิวของเหล็กสัมผัสและเกิดปฏิกิริยากับแก๊สออกซิเจนและน้ำ ซึ่งในกระบวนการนี้ จะเกิดจาก Fe ให้อิเล็กตรอนกับ 0, เกิดเป็น Fe2+
การชุบโลหะการเคลือบผิวของวัสดุด้วยโลหะหรือการชุบโลหะ (electroplating) เพื่อป้องกันการเกิดสนิม
หรือตบแต่งพื้นวัสดุให้สวยงามทำได้โดยการผ่านกระแสไฟฟ้าไปยังวัสดุที่ต้องการชุบที่จุ่มอยู่ใน
สารละลายอิเล็กโทรไลต์
การแยกสลายด้วยไฟฟ้ากระบวนการที่เกิดขึ้นในเซลล์อิเล็กโทรลิติกที่ทำให้ได้สารใหม่ เรียกว่า การแยกสลายด้วยไฟฟ้า
หรือ อิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) ซึ่งนำมาใช้ประโยชน์ในอุตสาหกรรมเพื่อผลิตสารเคมีที่ต้องการซึ่งไม่สามารถผลิตได้โดยง่ายด้วยวิธีอื่น
การแยกสลายโซเดียมคลอไรด์หลอมเหลวด้วยไฟฟ้าโลหะโซเดียมและแก๊สคลอรีนสามารถเตรียมขึ้นโดยการผ่านกระแสไฟฟ้าให้แกโซเดียมคลอไรด์
หลอมเหลว ซึ่งจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันและออกซิเดชันที่ขั้วไฟฟ้า
การแยกสลายสารละลายด้วยไฟฟ้าสารละลายที่ตัวละลายสามารถแตกตัวเป็นไอออนได้ เมื่อนำไปแยกด้วยกระแสไฟฟ้าจะเกิดการเปลี่ยนแปลง
การทำโลหะให้บริสุทธิ์โดยใช้เซลล์อิเล็กโทรลิติกหลักการของเซลล์อิเล็กโทรลิติกสามารถนำมาใช้ในการทำโลหะให้มีความบริสุทธิ์สูงขึ้น
การดุลสมการรีดอกซ์
การดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชัน การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้วิธีเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง (The Oxidation Number Change Method) เป็นการดุลสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยทำเลขออกซิเดชันที่ลดลงเท่ากับเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น แล้วทำจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ ทางซ้ายและทางขวาให้เท่ากัน แต่ถ้าเป็นสมการไอออนิกต้องทำค่าประจุรวมทางซ้าย และทางขวาให้เท่ากัน
การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ครึ่งปฏิกิริยา การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้วิธีการครึ่งปฏิกิริยา (Half reaction Method) หรือ วิธีการไอออน – อิเล็กตรอน (Ion-electron Method) เป็นวิธีที่ดุลสมการด้วยการทำจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับให้เท่ากัน สมการที่จะดุลด้วยวิธีนี้ต้องเป็นสมการไอออนิก ถ้าไม่เป็นสมการไอออนิกต้องเปลี่ยนเป็นสมการไอออนิกก่อน แล้วจึงดุลได้
หน้าสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์เพื่อทำให้ผลรวมของจำนวนอะตอมของธาตุแต่ละชนิด และประจุไฟฟ้ารวม การดุลสมการรีดอกซ์มีหลักการเดียวกับการดุลสมการเคมีทั่วไป คือเติมเลขสัมประสิทธิ์ในด้านซ้ายเท่ากับด้านขวาของสมการแต่สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ที่มีความขับซ้อน ควรใช้วิธีเฉพาะสำหรับการดุลสมการรีดอกซ์ซึ่งมี 2 วิธี
เซลล์เคมีไฟฟ้า
เนื่องจากปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสาร ดังนั้น
ปฏิกิริยารีดอกซ์จึงสามารถนำมาใช้ในการผลิตพลังงานไฟฟ้าได้โดยแยกให้ครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน
และครึ่งปฏิกิริยารีดักชันเกิดขึ้นที่แต่ละขั้วไฟฟ้าในเซลล์เคมีไฟฟ้า (electrochemical cell) ทำให้การถ่ายโอนอิเล็กตรอนไม่ได้เกิดขึ้นโดยตรงที่ผิวสัมผัสของคู่สารที่ทำปฏิกิริยารีดอกซ์ จึงสามารถนำอุปกรณ์ไฟฟ้า เช่น หลอดไฟฟ้า โวลต์มิเตอร์ มาต่อระหว่างขั้ไฟฟ้าเพื่อใช้ประโยชน์จากกระแสไฟฟ้าหรือวัดค่าความต่งศักย์ได้ ซึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับพลังงานไฟฟ้าเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า (electrochemical reaction)
องค์ประกอบของเซลล์เคมีไฟฟ้าปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโลหะสังกะสี (2n) กับสารละลายของคอปเปอร์(Iไอออน (Cu2+) สามารถทำให้เป็นเซลล์เคมีไฟฟ้าได้ โดยการแยกครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของโลหะสังกะสีกับครึ่งปฏิกิริยารีดักชันของคอปเปอร์(II)ไอออนให้เกิดขึ้นที่ต่างขั้วไฟฟ้ากันใน 2 ครึ่งเซลล์
แผนภาพเซลล์องค์ประกอบและหน้าที่ของสารที่เกี่ยวข้องในปฏิกิริยาเคมีของเซลล์เคมีไฟฟ้าสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพเซลล์ (cell notation) ซึ่งเขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกชิเดชันหรือครึ่งเชลล์ออกซิเดชันไว้ทางด้านซ้าย และครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันหรือครึ่งเซลล์รีดักชันไว้ทางด้านขวาโดยมีเส้นคู่ขนาน (ll) แสดงการแยกกันระหว่างอิเล็กโทรไลต์ของแต่ละครึ่งเซลล์ ในแต่ละครึ่งเซลล์ใช้เส้นเดี่ยว (II) คั่นระหว่างสารที่ไม่ผสมเป็นเนื้อเดียวกัน
ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เนื่องจากกระแสไฟฟ้าเคลื่อนที่จากขั้วบวกซึ่งมีศักย์ไฟฟ้สูงกว่าไปยังขั้วลบซึ่งมีศักย์ไฟฟ้า
อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ในทิศทางตรงกันข้ามกับกระแฟฟ้าเสมอ ดังนั้นในเซลล์กัลวานิก Zn(s)I Zn2+(aq ) I Cu2+(ag)/ Cu(s) ซึ่งมีอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากขั้วโลหะสังกะสี (Zn) ไปยังขั้วโลหะทองแดง (Cu)แสดงว่าขั้วโลหะสังกะสี (Zn)มีศักย์ไฟฟ้าต่ำกว่าขั้วโลหะทองแดง (Cu) ผลต่างระหว่างศักย์ไฟฟ้าของขั้วไฟฟ้าหรือความต่างศักย์ระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองเรียกว่า ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ (cell
potential, E.call )มีหน่วยเป็นโวลต์ (Volt หรือ V) สามารถวัดได้โดยใช้โวลต์มิเตอร์
-
-