ใบความรูท่ี้ 3เรื่อง เซลล์ไฟฟา้เคม-ีเซลล์กัลวานิก

1. ประเภทและสว่นประกอบของเซลล์ไฟฟา้เคมีเซลล์ไฟฟา้เคม ี(Electrochemical) คือ อุปกรณ์ทางเคมทีี่

เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมเีป็นไฟฟา้ หรอืไฟฟา้เป็นเคมี แบง่ออกเป็น 2 ประเภท

1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟา้เคมทีี่เปลี่ยนพลังงานเคมเีป็น พลังงานไฟฟา้ เกิดจากสารเคมที ำาปฏิกิรยิากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟา้ เชน่ ถ่านไฟฉาย เซลล์อ ัล ค า ไ ล น ์ เ ซ ล ล ์ป ร อ ท เ ซ ล ล ์เ ง ิน แ บ ต เ ต อ ร ี ่

2. เซลล์อิเล็กโตรไลต์ (Electrolytic cell) คือ เซลล์ไฟฟา้เคมทีี่เปล่ียนพลังงานไฟฟา้เป็นพลังงานเคม ี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟา้ลงไปในสารเคมทีี่อยูใ่นเซลล์ แล้วทำาใหเ้กิดปฏิกิรยิาเคมี เช น่ การแยกน ำ3าด ้วยกระแสไฟฟา้ การช ุบโลหะด ้วยไฟฟา้

สว่นประกอบของเซลล์ไฟฟา้เคมี1. ขัว้ไฟฟา้ ซึ่งม ี 2 ชนิด คือ

ก. ขั3ววอ่งไว (Active electrode) ได้แก่ ขั 3วโลหะทัว่ไป เชน่ Zn , Cu , Pb ขั3วพวกนี3บางโอกาสจะเขา้ไปมสีว่นร ว่ ม ใ น ก า ร เ ก ิด ป ฏ ิก ิร ยิ า ด ้ว ย

ข. ขั3วเฉื่อย (Inert electrode) คือ ขั 3วที่ไมม่สีว่นรว่มใด ๆ ในการเกิดปฏิกิรยิาเคม ีเชน่ Pt , C (แกรไ์ฟต์)

ในเซลล์ไฟฟา้หนึ่ง ๆ จะต้องประกอบไปด้วยขั 3วไฟฟา้ 2 ขั3วเสมอ คือ ขั 3วแอโนด (Anode) คือ ขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนั ขั3วแคโทด (Cathode) คือ ขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิารดีักชนั

2. อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte)

อิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่สถานะเป็นของเหลว นำาไฟฟา้ได้ เพราะมไีอออนบวกและลบเคล่ือนที่ไปมา อิเล็กโทรไลต์ม ี 2 ชนิดคือ

ก. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เชน่ NaCl (s) Na+ (l) + Cl- (l)

ข. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เชน่ สารละลายกรด เบส และเกลือ

สารละลายกรดHCl (g) OH2 H+ (aq) + Cl- (aq)

สารละลายเบสNaOH (s) OH2 Na+ (aq) + OH- (aq)

สารละลายเกลือNaCl (s) OH2 Na+ (aq) + Cl- (aq)

2. เซลล์กัลวานิกหรอืเซลล์วอลตาอิก (Voltaic cell)

เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟา้เคมชีนิดหนึ่งที่เปลี่ยนพลังงานเคมเีป็น พลังงานไฟฟา้ โดยทัว่ไป ประกอบด้วยครึง่เซลล์ 2 ครึง่เซลล์มาต่อเขา้ด้วยกัน และเชื่อมวงจรภายในใหค้รบวงจรโดยใชส้ะพานไอออนต่อไวร้ะหวา่งสารละลายในแต่ละครึง่เ ซ ล ล ์

รูปที่ 1 แสดงอิเล็กตรอนไหลในเซลล์จากขั 3วแอโนด (-) ไปยงัขั3วแคโทด (+) อิเล็กตรอนเกิดจากปฏิกิรยิาออกซเิดชนัที่ขั 3วแคโทด

และอิเล็กตรอนไหลเขา้หาขั 3วแคโทดเกิดปฏิกิรยิารดีักชนัครึง่เซลล์ (Half cell) คือ ระบบที่มสีารจุม่อยูใ่นไอออน

ของสารนั3น ถ้าสารที่จุม่เป็นโลหะก็ใชโ้ลหะนั3นเป็นขั3ว เชน่ Zn จุม่ใน Zn2+ Zn ทำาหน้าที่เป็นขั3วไฟฟา้

รูปที่ 2 แสดงครึง่เซลล์สงักะส ี และครึง่เซลล์ทองแดง

แต่ถ้าสารที่จุม่เป็นก๊าซหรอืไอออนของสารในรูปสารละลาย จะต้องใชข้ั 3วเฉ่ือย เชน่ Pt หรอื ขั 3ว C (แกรไ์ฟต์) เป็นขั3วแทน เชน่

1. ก๊าซ H2 (g) จุม่ใน H+ (aq) โดยม ี Pt เป็นขั3ว2. ก๊าซ Cl2 จุม่ใน Cl- (aq) โดยม ี Pt เป็นขั3ว3. Fe2+ (aq) จุม่ในสาระลาย Fe3+ (aq) โดยม ี Pt เป็น

ขั3ว

สะพานไอออน (Salt bridge)สะพานไอออน (Salt bridge) คือ ตัวเชื่อมต่อวงจรภายใน

ของแต่ละคร ึง่เซลล์เขา้ด้วยกันใหค้รบวงจร ไอออนในแต่ละคร ึง่เซลล์สามารถไหลผ่านสะพานไอออนนี3ได้ สะพานไอออนเป็น ตัวกันไมใ่หส้ารละลายในครึง่เซลล์ทั3งสองผสมกัน

การสรา้งสะพานไอออน

ทำาได้โดยบรรจุสารระลายอิ่มตัวของเกลือ KNO3 ปนวุน้ที่รอ้นลงในหลอดแก้วรูปตัวยูใหเ้ต็มพอดี เมื่อเยน็ลงสารละลายที่ปนวุน้นี 3จะแขง็ตัวในหลอดแก้ว แต่ละปลายอุดด้วยใยแก้ว ซึ่งนำาไปใสว่างค่อมใหป้ลายหลอดแก้วแต่ละปลายจุม่อยูใ่นสารละลายของแต่ละครึง่เซลล์ หลักจากเสรจ็ต้องท ำาความสะอาดด้วยน ำ3า แล้วแชไ่วใ้นสารละลายอิ่มตัวของ KNO3 ในนำ3า สะพานไอออนดังกล่าวสามารถนำาไปใชซ้ำ3ากันหลายครั3งได้

รูปที่ 3 แสดงสะพานไอออนในการปฏิบตัิการเคม ีเราทำาสะพานไอออนง่าย ๆ ด้วยกระดาษ

กรองกวา้งประมาณ 1 cm ยาว ๆ ชุบสารละลายอิ่มตัว KNO3

ใหเ้ปียกหมดทั3งแผ่น นำาไปใชแ้ทนสะพานไอออนได้สมบติัของสารท่ีใชท้ำาสะพานไอออน

1. เป็นสารประกอบไอออนิกที่ละลายนำ3าแตกเป็นไอออนได้ดี มีปรมิาณไอออนเกิดขึ3นมาก

2. ไอออนต้องไมท่ำาปฏิกิรยิาเคมกีับสารใด ๆ ในสารละลายของครึง่เซลล์ทั3งสอง

3. ไอออนบวกและลบที่แตกตัวได้จากสารต้องสามารถในการเคล่ือนที่เรว็ใกล้เคียงกัน

4. สารที่ใชท้ำาสะพานไอออน มหีลายชนิด เชน่ KNO3 KCl NH4Cl

5. ต้องเป็นสารละลายอ่ิมตัว ประกอบด้วยไอออนมากหน้าท่ีของสารท่ีใชท้ำาสะพานไอออน

1. ทำาใหค้รบวงจรไฟฟา้ เพราะเชื่อมทั 3งสองเซลล์เขา้ด้วยกัน

2. รกัษาสมดลุระหวา่งไอออนบวก และไอออนลบ ของสารละลายอิเล็กโตรไลต์แต่ละ ครึง่เซลล์ตลอดเวลาที่มกีารถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ3นในเซลล์กัลวานิก โดยไอออนบวกและไอออนลบจะเคลื่อนที่จากสะพานไอออนลงสูส่ารละลายในแต่ละคร ึง่เซลล์ เพื่อทำาใหป้ระจุในแต่ละครึง่เซลล์สมดลุ

การรกัษาสมดลุของประจุ ที่เกิดจากไอออนของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ ในแต่ละครึง่เซลล์ ด้วยการระบายไอออน ที่ทำาใหเ้กิดการสะสมประจุผ่านสะพานไอออนลงสูส่ารละลายอีกครึง่เซลล์หนึ่ง เพื่อทำาใหป้ระจุในสารละลายแต่ละครึง่เซลล์สมดลุ เชน่ เซลล์กัลวานิก ครึง่เซลล์ที่เกิด ปฏิกิรยิาออกซเิดชนัสารละลายในครึง่เซลล์จะเกิดการสะสมประจุบวก เน่ืองจากมปีรมิาณไอออนบวกมากกวา่ปรมิาณไอออนลบเพื่อรกัษาสมดลุประจุ จงึระบายไอออนบวก ขึ3นสูส่ะพานไอออนไป

รูปที่ 4 การรกัษาสมดลุของประจุที่เกิดจากไอออนของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ในแต่ละครึง่เซลล์

เซลล์กัลวานิกกับสะพานไอออนเซลล์กัลวานิกที่เกิดจากครึง่เซลล์สงักะส ี กับครึง่เซลล์ทองแดง

ถ้าไมม่สีะพานไอออนเชื่อมต่อระหวา่งสารละลายในแต่ละคร ึง่เซลล์ เซลล์จะไมท่ำางาน ซึ่งจะอธบิายได้ดังนี3

รูปที่ 5 เซลล์กัลวานิกที่ไมม่สีะพานไอออนเซลล์กัลวานิกที่ไมม่สีะพานไอออนต่ออยู ่ จะพบวา่ ที่คร ึง่เซลล์

สงักะส ี ขั 3วสงักะสี สงักะสอีะตอมมแีนวโน้มเอียงในการใหอิ้เล็กตรอน เกิดเป็นไอออนบวก (Zn2+) ลงในสารละลาย สำาหรบัคร ึง่เซลล์ทองแดง ทองแดงไอออน (Cu2+ ) รบัอิเล ็กตรอนเป ็นโลหะทองแดงเกาะท ี่ข ั 3วทองแดง ท ำาใหป้รมิาณทองแดงไอออนในสารละลายลดลง ดังนั3น สารละลายในครึง่เซลล์สงักะสเีกิดการสะสมประจุบวกมากขึ3น ทั3งนี3เนื่องจากเกิดสงักะสไีอออน (Zn2+) ที่ขั 3วเป็นไอออนบวกมากขึ3น และประจุบวกของ Zn2+ มปีรมิาณมากขึ3นจะไปดึงดดูอิเล็กตรอนที่เกิดจากอะตอมของสงักะสทีี่ขั 3วโลหะสงักะสีใหห้ลดุออก และแรงดึงดดูของประจุบวกของ Zn2+ ในสารละลายนี3มากกวา่ ทำาใหอ้ิเล็กตรอนไหลออกสูว่งจรภายนอก จาก Zn ไปยงั Cu ไมไ่ด้ เซลล์จงึไมท่ำางาน ไมเ่กิดกระแสไฟฟา้ขึ3น ถ้าเซลล์กัลวานิกนี3มสีะพานไอออนต่อเชื่อมระหวา่งสารละลายในคร ึง่เซลล์ท ั 3งสองจะพบวา่ ไอออนของสารในสะพานไอออนจะเคล่ือนที่ลงสูส่ารละลายในเซลล์เพื่อดลุประจุ เชน่ เคล่ือนไอออนลบในสะพานไอออนลงไปดลุประจุบวกที่เกิดจากสงักะส ีไอออนในคร ึง่เซลล์สงักะส ีและเคลื่อนไอออนบวกในสะพานไอออนลงไปดลุประจุที่เกิดจากไอออนลบในครึง่เซลล์ทองแดง ทำาใหเ้กิดกระแสอิเล็กตรอน

ไหลในวงจรจากขั 3วสงักะสไีปยงัข ั 3วทองแดง เซลล์กัลวานิกนี3จะทำางานได้

สำาหรบัเซลล์กัลวานิกบางชนิดไมม่สีะพานไอออนเชื่อมต่อระหวา่งสารละลายในแต่ละ ครึง่เซลล์เพื่อดลุประจุ แต่ใชแ้ผ่นรูพรุนบาง ๆ (Prous disk) คัน่อยูร่ะหวา่งสารละลายในคร ึง่เซลล์ทั 3ง 2 ทำาหน้าที่ดลุประจุป้องกันไมใ่หค้รึง่เซลล์เกิดการสะสมประจุ โดยไอออนที่ทำาใหเ้กิดการสะสมประจุในสารละลายของครึง่เซลล์หนึ่งจะเคล่ือนที่ผ่านรูเล็กของแผ่นรูพรุนบาง ๆ ไปยงัสารละลายอีกครึง่เซลล์หน่ึงได้

รูปที่ 6 เซลล์กัลวานิกชนิดที่ใชแ้ผ่นรูพรุนบาง ๆครึง่เซลล์สงักะส ี

เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนั Zn (s) Zn2+ (aq) + 2e- ; Zn2+ เพิม่ขึ3นทำาใหเ้กิดการสะสมประจุบวกของ Zn2+

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

; Cu2+ ลดลง แต่ SO42- เท่าเดิมเป็นผลให ้ SO4

2- มากกวา่เกิดการสะสมประจุลบของ SO4

2-

ด ังน ั3น Zn2+ จะ เคล ื่อนท ี่ผ ่านแผ ่นร ูพร ุนบาง ๆ ไปยงัสารละลายของครึง่เซลล์ทองแดง และ SO4

2- จะเคล่ือนที่ผ่านแผ่น

รูพรุนบาง ๆ จากสารละลายในครึง่เซลล์ทองแดงไปยงัสารละลายในครึง่เซลล์สงักะส ี ทำาใหเ้กิดการดลุประจุขึ3นตัวอยา่งเซลล์กัลวานิก

1. เซลล์ดาเนียลล์ เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยครึง่เซลล์สงักะส ี (Zn(s)/Zn2+(aq) ต่อกับครึง่เซลล์ทองแดง (Cu (s) / Cu2+ (aq)) ใหค้รบวงจรดังรูปที่ 7

รูปที่ 7 แสดงเซลล์กัลวานิกชนิดหน่ึงที่โลหะ Zn ถกูออกซไิดส์เป็น Zn2+ ที่ขั 3วแอโนด

และ Cu2+ ถกูรดิีวซเ์ป็นโลหะ Cu ที่แคโทด ปฏิกิรยิารดีอกซ ์ Cu2+(aq) + Zn (s) Cu(s) + Zn2+

(aq)

เมื่อต่อครึง่เซลล์ทองแดงและครึง่เซลล์สงักะสเีขา้ด้วยกัน โดยเชื่อมต่อด้วยสะพานไอออนในสารละลายแต่ละครึง่เซลล์ใหค้รบวงจรแล้ว ต่อโวลต์มเิตอรก์ับวงจรภายนอก จะพบวา่เขม็โวลต์มเิตอรจ์ะเบนจากขั3ว Zn ไปยงั Cu อ่านศักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ได้เท่ากับ 1.10 โวลต์ และสกัครูห่นึ่งพบวา่ขั 3วโลหะ Zn สกึกรอ่นไปสว่นขั 3วโลหะ Cu มคีราบสนีำ3าตาลแดงมาเกาะ สารละลายสนีำ3าเงินจางลง การเปล่ียนแปลงที่เกิดขึ3นนี3อธบิายได้วา่

1. การท ี่เขม็โวลต์มเิตอรเ์บนจากข ั 3ว Zn ไปยงัข ั3ว Cu แสดงวา่เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากขั 3ว Zn ไปยงัขั3ว Cu โดยม ี Zn ใหอิ้เล็กตรอนสว่น Cu2+ รบัอิเล็กตรอน

2. Zn ใหอิ้เล็กตรอนเกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัที่ขั 3วแอโนด (ขั3ว Zn) ดังสมการ

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

Zn สกึกรอ่นเกิด Zn2+ ลงในสารละลายปรมิาณมากขึ3น ทำาใหเ้กิดการสะสมประจุบวก สะพานไอออนจะเคลื่อนไอออนลบ (NO3

- ) ลงในสารละลายเพื่อดลุประจุ3. อิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่จากชั 3ว Zn มายงัขั3ว Cu Cu2+

ในครึง่เซลล์ทองแดงจะไปรบัอิเล็กตรอนเป็นโลหะ Cu ทำาใหม้มีวลเพิม่ขึ3น เกิดปฏิกิรยิารดัีกชนัที่แคโทด (ขั3ว Cu )ดังสมการ

Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s)เนื่องจาก Cu2+ รบัอิเล็กตรอนเป็นโลหะ Cu , Cu2+

ในสารละลายมปีรมิาณลดลง ซ ึ่งเดิมมไีอออนลบ (SO42-) และ

ไอออนบวก (Cu2+ ) สมดลุกันอยู ่ เป็นผลใหเ้กิดการสะสมประจุลบ (SO4

2-) สะพานไอออนจะเคลื่อนไอออนบวก (K+ ) ลงในสารละลาย เพื่อรกัษาสมดลุของประจุ จงึทำาใหอ้ิเล็กตรอนไหลในวงจรได้ตลอด

4. เมื่อรวมปฏิกิรยิาในแต่ละคร ึง่เซลล์ที่เกิดขึ3นเขา้ด้วยกัน จะได้ปฏิกิรยิารดีอกซด์ังสมการสทุธดัิงนี3

Cu2+ (aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn2+ (aq)5. ขั3ว Zn เป็นขั3วที่อิเล็กตรอนไหลออก ซ ึ่งเป็นขั 3วที่เกิด

ปฏิกิรยิาออกซเิดชนั และเรยีกวา่ขั 3วนี3วา่ ขั 3วแอโนด หรอืทำาหน้าที่เป็นขั3วลบใหอิ้เล็กตรอน

6. ขั3ว Cu เป็นขั3วที่อิเล็กตรอนไหลเขา้ ซ ึ่งเป็นขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิารดีักชนั และเรยีกวา่ขั 3วนี3วา่ ขั 3วแคโทด หรอืทำาหน้าที่เป็นขั3วบวกรบัอิเล็กตรอน

เซลล์กัลวานิกนี3ประกอบด้วยคร ึง่เซลล์ทองแดงและคร ึง่เซลล์สงักะส ีมชีื่อเรยีกเฉพาะวา่ เซลล์ดาเนียลส ์ (Daniel cell) ซงึอาจจะใชภ้าชนะพรุน หรอืแผ่นพรุนขั 3นสารละลายในแต่ละคร ึง่เซลล์ทั 3งสองแทนสะพานไอออน

2. เซลล์ทองแดง - เงิน เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดหนึ่งที่ประกอบด้วยครึง่เซลล์ทองแดง (Cu(s) / Cu2+ (aq) ) ต่อกับครึง่เซลล์เงิน (Ag (s) / Ag+ (aq) ดังรูปที่ 8

รูปที่ 8 เซลล์ทองแดง-เงินเมื่อต่อครึง่เซลล์ทั3งสองเขา้ด้วยกัน โดยเชื่อมด้วยสะพานไอออน

ในสารละลายแต่ละครึง่เซลล์ จะพบวา่เขม็ของโวลต์มเิตอรเ์บนจากขั 3วทองแดงไปขั 3วเงิน อ่านศักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ ได้เท่ากับ 0.46 โวลต์ และสกัครูพ่บวา่โลหะทองแดงสกึกรอ่น สว่นขั 3วโลหะเงินมสีารสเีทาดำามาเกาะ สารละลายสนีำ3าเงินเขม้ขึ3น การเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ3นอธบิายได้วา่

1. การที่เขม็โวลต์มเิตอรเ์บนจากขั 3วทองแดงไปยงัขั 3วเงินแสดงวา่ เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากขั 3วทองแดงไปยงัขั 3งเงิน โดยม ี Cu ใหอิ้เล็กตรอนสว่น Ag+ รบัอิเล็กตรอน

2. ปฏิกิรยิาที่เกิดขึ3น

ขั3วทองแดงเป็นแอโนด (ขั3วลบ) เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัCu(s) Cu2+ (aq) + 2e-

ขั3วเงิน เป็นขั 3วแคโทด (ขั3วบวก) เกิดปฏิกิรยิารดัีกชนั2Ag+ (aq) + e- Ag (s)

ปฏิกิรยิาสทุธิCu (s) + 2Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2Ag

(s)ลักษณะสำาคัญของเซลล์กัลวานิก

1. กระแสไฟฟา้ท ี่เก ิดข ึ3น เป ็นกระแสตรง ค ือ กระแสอิเล็กตรอน

2. อิเล็กตรอนจะไหลจากคร ึง่เซลล์ที่ศักยไ์ฟฟา้ต ำ่าไปสูค่ร ึง่เซลล์ที่มศัีกยไ์ฟฟา้สงู

3. เซลล์กัลวานิกต่างชนิดกัน จะมค่ีาศักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ต่างกัน และจะมคี่ามากหรอืน้อยขึ3นอยูก่ับครึง่เซลล์ที่นำามาต่อกัน

4. เซลล์กัลวานิกที่มขีั 3ววอ่งไวในครึง่เซลล์ที่แอโนด (ขั3วลบ) โลหะนั3นจะสกึกรอ่นมวลลดลง เพราะเกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนั ให้อิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนบวก สว่นขั 3วแคโทด (ขั3วบวก) จะมมีวลมากขึ3นเพราะเกิดปฏิกิรยิารดีักชนั (รบัอิเล็กตรอน)

5. ปฏิก ิรยิาเคมที ี่เก ิดข ึ3นในเซลล์ก ัลวาน ิกมกีารถ่ายโอนอิเล็กตรอน เป็นปฏิกิรยิารดีอกซ์

6. เมื่อเกิดอิเล็กตรอนไหลนาน ๆ ในวงจรของเซลล์กัลวานิก จะเกิดการสะสมประจุใน ครึง่เซลล์กล่าวคือ ครึง่เซลล์แอโนดที่เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัจะเกิดการสะสมประจุบวก และ คร ึง่เซลล์แคโทด เก ิดปฏิก ิรยิารดี ักชนั จะเก ิดการสะสมประจุลบ ท ั 3งน ี3เนื่องจากสะพานไอออนไมส่ามารถรกัษาภาวะสมดลุของประจุไวไ้ด้ทัน ทำาใหอิ้เล็กตรอนไหลในวงจรลดลง เป็นผลใหศ้ักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ลดลงด้วย และเมื่อแต่ละคร ึง่เซลล์สะสมประจุจนถึงขดีหนึ่งจะไมม่ ีอิเล็กตรอนไหลออกนอกวงจร ขณะนั 3นเขม็โวลต์มเิตอรจ์ะชี3ที่เลขศูนย ์ ทั3งนี3เพราะขณะนั3นเกิดภาวะสมดลุเคมขีึ3นในแต่ละครึง่เซลล์นั3น

3. แ ผ น ภ า พ ข อ ง เ ซ ล ล ์ไ ฟ ฟ า้ เ ค ม ี (Cell Diagram)

คือ กลุ่มสญัลักษณ์ที่แสดงเซลล์กัลวานิกหนึ่ง ๆ ซึ่งบอกให้ทราบถึงชนิดของครึง่เซลล์ องค์ประกอบของแต่ละครึง่เซลล์ และขั3วไฟฟา้ของเซลล์

หลักการเขยีนแผนภาพของเซลล์ไฟฟา้เคม ีมวีธิกีารเขยีนดังน้ี

1. เขยีนครึง่เซลล์ออกซเิดชนัทางซา้ย และครึง่เซลล์รดัีกชนัทางขวา โดยในครึง่เซลล์ออกซเิดชนัใหเ้ขยีนสารที่ทำาหน้าที่เป็นขั3วไฟฟา้ก่อนแล้วจงึตามด้วย สารละลายไอออนของขั 3ว ไฟฟา้นั3น สว่นในครึง่เซลล์รดีักชนัใหเ้ขยีนสารที่ทำาหน้าขั3วไฟฟา้ไวด้้านขวาสดุดังแผนภาพ

2. ถ้าสารต่างสถานะกันก็ใหค้ัน่ด้วยเครื่องหมาย / และถ้าสถานะเดียวกันก็ใชเ้ครื่องหมาย ,

3. สะพานไอออนใหเ้ขยีนไวต้รงกลางระหวา่งเซลล์ทั 3งสอง แทนด้วยเครื่องหมาย //

4. จะเขยีนความเขม้ขน้ของสารละลาย หรอืความดันของก๊าซได้โดยใสไ่วใ้นวงเล็บตามหลังไอออนนั3นแผนภาพของเซลล์ไฟฟา้เคมี

ครึง่เซลล์ออกซเิดชนั // ครึง่เซลล์รดีักชนั

ขั3ว / ไอออนในสารละลาย // ไอออนในสารละลาย / ขั3ว

ตัวอยา่งแผนภาพของเซลล์กัลวานิกบางชนิด

สะพานไอออน

ขั3วแคโทด

ขั3วแอโนด

Zn(s) / Zn2+ (aq) // Cu2+ (aq) / Cu (s)Cu (s) / Cu2+ (aq) // Ag+ (aq) / Ag (s)Pt (s) / H2 (g , 1 atm) / H+ (aq) // Cu2+ (aq) / Cu

(s)Sn (s) / Sn2+ (aq , 1 mol/dm3 ) // Zn2+ (aq , 1

mol/dm3 ) / Zn (s)Pt (s) / Sn2+ (aq) , Sn4+ (aq) // Fe2+ (aq) , Fe3+

(aq) / Pt (s)ตัวอยา่งท่ี 1 กำาหนดแผนภาพเซลล์กัลวานิกเป็น

A(s) / A+ (aq) // B2+ (aq) / B (s)จงตอบคำาถามต่อไปนี3ก. จงระบุขั 3วแอโนดและแคโทดข. บอกสารที่เป็นตัวออกซไิดซ ์และสารที่เป็นตัวรดิีวซ์ค. เขยีนสมการ แสดงปฏิกิรยิาที่เกิดขึ3นในแต่ละครึง่เซลล์ง. เขยีนสมการแสดงปฏิกิรยิารดีอกซท์ี่เกิดขึ3น

วธิทีำาก. ขั3วแอโนด A (s) ขั3วแคโทด B (s)ข. A เป็นตัวรดีิวซ์ B2+ เป็นตัวออกซไิดซ์ค. ครึง่เซลล์ A เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัดังนี3

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

ครึง่เซลล์ B เกิดปฏิกิรยิารดัีกชนั ดังนี3B2+ (aq) + 2e- B (s)

ง. สมการแสดงปฏิกิรยิารดีอกซท์ี่เกิดขึ3นเป็นดังนี32A (s) + B2+ (aq) 2A+ (aq) + B (s)

ตัวอยา่งท่ี 2 ปฏิกิรยิาที่เกิดขึ3นในเซลล์กัลวานิกเป็นดังนี33Mg (s) + 2Cr3+ (aq) 2 Mg 2+ (aq) +

2Cr (s)จงตอบคำาถามต่อไปนี3ก. เขยีนแผนภาพของเซลล์กัลวานิกนี3 2ข. บอกขั3วแอโนดและขั3วแคโทด 2

ค. เขยีนสมการของปฏิกิรยิาออกซเิดชนัและรดัีกชนั 4

วธิทีำาก. 3Mg (s) + 2Cr3+ (aq) 2A+ (aq) + 2Cr

(s) Mg เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนั เพราะมเีลขออกซเิดชนั

เพิม่ขึ3น Cr3+ เกิดปฏิกิรยิารดีักชนั เพราะมเีลขออกซเิดชนัลด

ลง เขยีนแผนภาพของเซลล์กัลวานิกได้ดังนี3

Mg (s) / Mg2+ (aq) // Cr3+ (aq) / Cr (s)ข. ขั3วบวก เป็นขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิารดีักชนั หรอืรบัอิเล็กตรอน

คือ ขั3ว Cr ข ั3นลบ เป ็นข ั 3วท ี่เก ิดปฏ ิก ิร ยิ าออกซ เิดชนั หร อื ให ้

อิเล็กตรอน คือ ขั 3ว Mgค. ปฏิกิรยิาออกซเิดชนั ; 3Mg (s) 3Mg2+ (aq) +

6e-

ปฏิกิรยิารดีักชนั ; 2Cr3+ (aq) + 6e- 2Cr (s)

ตัวอยา่งที่ 3 เซลล์กัลวานิกที่ประกอบด้วยคร ึง่เซลล์ Pt (s) / Fe2+ (aq) , Fe3+ (aq) และครึง่เซลล์ Zn (s) / Zn2+ (aq) ต่อกันดังรูป

0 0

จงตอบคำาถามต่อไปนี3ก. ระบุขั 3วลบและขั3วบวกของเซลล์ข. เขยีนสมการแสดงปฏิกิรยิาออกซเิดชนั และรดัีกชนัค. เขยีนสมการแสดงปฏิกิรยิารดีอกซ์ง. เขยีนแผนภาพของเซลล์ไฟฟา้เคมี

วธิทีำาก. ขั3วลบคือขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนั คือ ขั 3ว Zn ในครึง่

เซลล์ Zn (s) / Zn2+ (aq) ขั3วบวก คือ ขั 3วที่เกิดปฏิกิรยิารดีักชนั คือ ขั 3ว Pt ในคร ึง่

เซลล์ Pt (s) / Fe2+ (aq), Fe3+ (aq)ข. ปฏิกิรยิาออกซเิดชนั คือ Zn (s) Zn2+(aq) + 2

e-

ปฏิกิรยิารดีักชนั คือ 2Fe3+ (aq) + 2e- 2Fe2+

(aq)ค. ปฏิกิรยิารดีอกซ ์ Zn (s) + 2Fe3+ (aq)

Zn2+(aq) + 2Fe2+ (aq)ง. แผนภาพของเซลล์ไฟฟา้เคม ีคือ

Zn (s) / Zn2+ (aq) / / Fe2+ (aq) , Fe3+ (aq) / Pt (s)