เซลล์เงินมีส่วนประกอบเช่นเดยี บกับเซลล์ปรอท แต่ใช้ซลิ เวอร์ออกไวด์ ( Ag2O) แทนเมอร์ควิ รี (II)ออกไซด์ ( HgO)ปฏกิ ริ ิยาท่เี กดิ1. Anode (Oxidation) Zn + 2OH- --> ZnO + H2O + 2e-2. Cathode (Reduction) Ag2O + H2O + + 2e- ---> 2Ag + 2OH-ปฏกิ ริ ิยารวม (Redox) Zn + Ag2O ---> ZnO + 2Ag เซลล์เงนิ ให้ศักย์ไฟฟ้ าประมาณ 1.5 Volts มขี นาดเล็กและมีอายุการใช้งานได้นานมากแต่มี ราคาแพง จงึ ใช้กับอุปกรณ์หรือเคร่ืองใช้ไฟฟ้ าบางชนิด เช่น เคร่ืองคดิ เลข นาฬิกา 51
เซลล์เชือ้ เพลงิ ไฮโดรเจน-ออกซิเจน เซลล์เชือ้ เพลงิ ไฮโดรเจน-ออกซเิ จนประกอบด้วยแท่งคาร์บอนท่มี ีรูพรุน 2 แท่งทาหน้าท่เี ป็ นขัว้ ไฟฟ้ าท่ผี ิวของแท่งคาร์บอนมีผงแพลทนิ ัมหรือแพลเลเดียมผสมยู่เพ่อื ทาหน้าท่เี ป็ นตวั เร่งปฏกิ ริ ิยาขัว้ ไฟฟ้ าทงั้ สองจุ่มอย่ใู นอเิ ลก็ โทรไลต์ซ่งึ อาจเป็ นสารละลาย NaOH หรือ KOHปฏกิ ริ ิยาทเี กดิ ขนึ้ท่แี อโนด O2 (g) + 2H2O (l) + 4e- ------> 4OH-(aq)ท่แี คโทด 2H2(g) + 4OH-(aq) -----> 4H2O(l) + 4e-(s)ปฏกิ ริ ิยารวม O2(g) + 2H2(g) -----> 2H2O(l)เน่ืองจากปฏกิ ริ ิยาท่เี กดิ ขนึ้ มกี ารรับและการให้อเิ ลก็ ตรอนจงึ ทาให้มกี ระแสไฟฟ้ าเกดิ ขนึ้ ด้วย เซลล์ประเภทนีถ้ ูกนาไปใช้ในยานอวกาศเพราะนอกจากจะได้พลังงานไฟฟ้ าแล้วยงั ได้นา้ เป็ นนา้ ด่มื สาหรับนักบนิ อวกาศด้วย 52
เซลล์เชือ้ เพลิงโพรเพน-ออกซเิ จนปฏกิ ริ ิยาทเี กดิ ขนึ้ท่แี อโนด 5O2 (g) + 20H+ (aq) + 20e- ------> 10H2O(l)ท่แี คโทด C3H8(g) + 6H2O(l) -----> 3CO2(g) + 20H+ (aq)+ 20e-(s)ปฏกิ ริ ิยารวม 5O2 (g) + C3H8(g) -----> 3CO2(g) + 4H2O(l)ปฏกิ ริ ิยาในเซลล์เชือ้ เพลงิ โพรเพน-ออกซเิ จนนีเ้ สมือนกบั ปฏกิ ริ ิยาสันดาปของก๊าซโพรเพนเซลล์นีอ้ าจให้ประสิทธิภาพการทางานสูงประมาณ 2 เท่าของเคร่ืองยนต์สันดาปภายใน 53
แบตเตอร่ี1) เม่ืออัดไฟครัง้ แรก 2) เม่ือจ่ายไฟ 3) เม่ืออัดไฟครัง้ ต่อไป 54
55
56
เซลล์นิกเกิล แคดเมียม 57
แบตเตอร่ีลิเธียมไอออน (Lithium-ion batteries) 58
ศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของครึ่งเซลล์. จงหาค่า E และเขยี นสมการเคมแี สดงการเกดิ ปฏกิ ริ ิยาของเซลล์กลั วานกิ ต่อไปน้ี Ec0ell = Ere0d,(cathode) – Er0ed,(anode)แผนภาพเซลล์ E เซลล์ ปฏิกิรยิ าของเซลล์Ni(s)׀Ni2+(aq)׀׀Cu+(aq)׀Cu(s) ................. ...........................................................Fe(s)׀Fe2+(aq)׀׀Ag+(aq)׀Ag(s) ................. ...........................................................Mg(s)׀Mg2+(aq)׀׀Fe3+(aq), Fe2+(aq)׀Pt(s) ................. ............................................................Pt(s), I2(g)׀I-(aq)׀׀Cl-(aq)׀Cl2(g)׀Pt(s) ................. ............................................................ 59
สมการของเนนิ สต์ (Nernst equation) E = E๐ - RT lnK nFE = E๐ - 0.0592 logK nn = จานวนอเิ ลก็ ตรอนท่ถี กู ถ่ายเทK = ค่าคงท่สี มดุลE๐= ศักย์ไฟฟ้ ามาตรฐานของเซลล์ (ท่ี 25 ๐ C,1atm, 1M) 60
สมการของเนนิ สต์ (Nernst equation)E = E๐ - 0.0592 logK nK E๐cell Reaction under Standard- State Conditions>1 Positive=1 0 Spontaneous<1 Negative At equilibrium Nonspontaneous. Reaction is spontaneous in the reverse direction 61
สมการของเนนิ สต์ (Nernst equation)จงทานายปฏิกริ ยิ าวา่ เกดิ เองไดห้ รือไม่ ท่ี 298 K Co(s) + Fe2+(aq) Co2+(aq) + Fe(s) โดย [Fe2+] = 0.68 M , [Co2+] = 0.15 MHalf reaction Eo (V)Fe2+(aq) + 2e- Fe (s) -0.44Co2+(aq) + 2e- Co (s) -0.28 Eocell = +0.28 + (-0.44) = -0.16 Vคา่ Eocell ติดลบ เกิดเองไมไ่ ด้ ตามทิศทางทเี่ ขียน 62
Nernst’s equation; E = Eo - 0.059 log [Co2+ ] 2 [Fe2+ ] = - 0.16 - 0.059 log [0.15 M] 2 [0.68 M] = - 0.16 + 0.019 = - 0.14 V 63
สมการของเนินสต์ (Nernst equation)จงคานวณหาศักยไ์ ฟฟา้ ของปฏิกิริยาตอ่ ไปน้ี ท่ี 298 Kโดยกาหนดความเข้มข้นของ Cu 2+ = 10 M , Zn 2+ = 0.1 M Zn (s) + Cu 2+ (aq) Zn 2+ (aq) + Cu (s) Half reaction Eo (V) +0.34Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) -0.76Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) 64
เซลลค์ วามเข้มขน้ (Concentration Cells)ค่า E แปรตามความเข้มข้น ions สามารถสร้าง cell จาก half reaction 2 ชนิด ทีม่ คี ่า E ต่างกนัหรือ สร้าง cell จาก half reaction ของ ions ชนิดเดยี วกนัแต่มคี วามเข้มข้นต่างกนั เรียกว่า “concentration cells” ZOnntpolactaetshodefZrnomdisasnoolvdees 0.1 M ZnSO4 1.0 MZZnnSSOO44 65MmZnoarkiseinocgxointdhcieizsnehdtratalotfe-Zcdenl2l+ ZmMnoa2rk+eiinsdgirletuhdtieusdcheadlft-oceZlnl
เซลล์ความเขม้ ข้น (Concentration Cells)เมือ่ จุ่ม Zn อเิ ลก็ โทรดลงในสารละลาย ZnSO4 ท่ีมคี วามเข้มข้น 0.1 M และ 1.0 Mตามแผนภาพเซลล์ต่อไปนี้ : Zn(s) / Zn2+(aq, 0.1M) // Zn2+(aq, 1.0M) / Zn(s)จงคานวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ าของเซลล์ความเข้มข้นดงั กล่าว oxidation : Zn (s) Zn2+(aq, 0.1 M) + 2e- reduction : Zn2+(aq, 1.0 M) + 2e- Zn(s)overall : Zn2+(aq, 1.0 M) Zn2+(aq, 0.1 M)reduction เกดิ ท่ี Zn2+ = 1.0 M ไม่ใช่ 0.1 M เพราะตามหลกั ของLe Chatelier ถ้า [Zn2+] สูง reduction จะเกดิ มากขนึ้E = - 0.059 log [dil.] n [conc.] 66
เซลลค์ วามเขม้ ข้น (Concentration Cells)E = Eo - 0.059 log Zn2+ dil 2 Zn2+ conc.Eo = 0 เพราะเป็ น electrode ชนิดเดยี วกนัE = 0 - 0.059 log 0.1 2 1.0 = 0.0296 Vค่า E เป็ น บวก ดงั น้ันปฏกิ ริ ิยาเกดิ ขนึ้ ได้เองโดยมอี เิ ลก็ ตรอนถ่ายเทจากความเข้มข้นของ Zn2+ จางกว่า (0.1 M)ไปยงั ทม่ี ีความเข้มข้นสูงกว่า (1.0 M) โดยจะทาให้ Zn2+ 0.1 M เพม่ิ ขนึ้ เร่ือยๆแต่ Zn2+ 1.0 M จะลดลง จนมปี ริมาณเท่ากนั (Ecell = 0) 67
เซลล์ความเขม้ ขน้ (Concentration Cells)ตวั อย่างท่ี 10 จงคานวณ emf ของเซลล์ความเข้มข้นต่อไปนี้ Mg(s) / Mg2+ (aq, 0.2 M) // Mg2+ (aq, 2 M) / Mg(s) 68
การผกุ รอ่ นของโลหะ• การเกดิ สนิมเหลก็ เน่ืองจาก CO2• CO2 ละลายนา้ แล้วเกดิ H2CO3 ซ่งึ แตกตัวให้ 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) 69
การปอ้ งกันการผุกร่อนของโลหะ1. ทาสี ทานา้ มัน การรมดา และการเคลือบพลาสตกิ เป็ นการ ป้ องกันการถกู กับ O2 และความชืน้2. ทาการชุบด้วยโลหะ โลหะบางชนิดมีสมบตั พิ เิ ศษ กล่าวคือเม่ือทาปฏกิ ริ ิยากับออกซิเจนจะเกดิ เป็ นออกไซด์ของโลหะเคลือบอยู่บนผิวของโลหะนัน้ และไม่เกดิ การผุกร่อน อีกต่อไป โลหะท่มี ีสมบัตดิ งั กล่าวได้แก่ อลูมเิ นียม ดบี ุก และสังกะสี การชุบ หรือเคลือบโดยโลหะท่ี Oxide ของโลหะนัน้ คงตวั สลายตวั ยาก จะเป็ นผิว บางๆ คลุมผวิ โลหะอีกที ได้แก่ Cr (โครเมียม) และอลูมเิ นียม(Al) เป็ นต้น ดงั นัน้ Cr2O3.Al2O3 สลายตัวยาก เรียกช่ือว่าวธิ ี อะโนไดซ์ (Anodize)• หมายเหตุ เหลก็ กล้าไม่เกดิ สนิม (stainless steel) เป็ น Fe ผสม Cr 70
การปอ้ งกนั การผุกร่อนของโลหะ3. วิธีแคโทดกิ (Cathodic) โดยพนั โลหะท่ไี ม่ต้องการให้เกดิ สนิมด้วย โลหะท่มี ีศกั ย์ไฟฟ้ าต่ากว่า หรือต่อเข้ากับขัว้ ลบของแหล่งกาเนิด ไฟฟ้ ากระแสตรง โลหะท่มี ีค่า E๐ ต่ากว่า และขวั้ ลบของ แหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงจะทาหน้าท่เี ป็ นแอโนด ส่วนโลหะท่ี ไม่ต้องการให้เกิดสนิมจะเป็ นแคโทด – การฝังถุง Mg ตามท่อ หรือการผูก Mg ตามโครงเรือ จะทาให้ Fe ผุช้าลง เน่ืองจาก Mg เสีย e ง่ายกว่า Fe จะเสีย e แทน Fe• 4. การป้ องกันการผุกร่อนของโลหะในระบบหล่อเยน็ แบบปิ ด 71
การปอ้ งกนั การผุกรอ่ นของโลหะ 72
ข้อแตกตา่ งระหวา่ งกลั วานิกเซลลก์ ับอิเล็กโทรไลติกเซลล์ข้อแตกต่าง กลั วานิก อเิ ล็กโทรไลตกิปฏิกริ ิยา Spontaneous(เกิดเองได้) Nonspontaneous(เกิดเองไม่ได้)การเปล่ียนแปลง เคมีเป็ นไฟฟ้ า ไฟฟ้ าเป็ นเคมีขัว้ ไฟฟ้ า Reduction Cathode Reduction Cathode ขัว้ + E 0 red มาก ขัว้ - E 0 red น้อย Oxidation Anode Oxidation Anode ขัว้ - E 0 red น้อย ขัว้ + E 0 red มากการนาไปใช้ เป็ นแหล่งพลังงาน แยกสลายด้วยไฟฟ้ า ชุบโลหะ 73
เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์Electrolysis เป็นกระบวนการทางเคมที ีใ่ ชพ้ ลังงานไฟฟา้ เพอื่ ทาให้เกิดปฏิกริ ิยาเคมที ไ่ี ม่สามารถเกดิ ขึน้ ไดเ้ อง 74
เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ 75
เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ 76
เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ 77
เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ 78
การคานวณเก่ยี วกับ electrolysisกระแส (แอมแปร์) และเวลาประจุ เป็ นคูลอมบ์ ( Q=It) Q (C) = I (Amperes) t (second)จานวน ฟาราเดย์ (1F = 96500 C) (1F = 96500 C)จานวนโมลของสารทถี่ ูกรีดิวซ์ หรือออกซิไดซ์ (1F = 1molของe-ท่ถี กู ถ่ายเท)จานวนกรัมของสารทถ่ี ูกรีดิวซ์ หรือออกซิไดซ์ Mol = g/Mw 79
การคานวณเกีย่ วกับ electrolysisในการเกดิ electrolysis ของ molten CaCl2 โดยใช้กระแสไฟฟ้าจานวน 2.68 A และเวลา 1 hr จงหาปรมิ าณ (g) ของสารผลติ ภณั ฑ์ที่เกดิ ข้นึ 80
การคานวณเกีย่ วกับ electrolysisในการเกดิ electrolysis ของ สารละลาย CaCl2 โดยใช้กระแสไฟฟา้จานวน 2.68 A และเวลา 1 hr จงหาปริมาณ (g) ของสารผลติ ภณั ฑท์ เ่ี กดิ ข้นึ 81
ประโยชนข์ องเซลล์อิเลก็ โทรไลต์การชบุ โลหะหลักการของการชุบโลหะดว้ ยไฟฟา้ คอื ต้องใหโ้ ลหะชนดิหนึง่ มาเคลอื บบนโลหะอกี ชนดิ หนึง่ ที่อยูเ่ ปน็ แคโทด โดยจดัเซลลด์ ังน้ีขัว้ แอโนด: โลหะทใ่ี ช้ชุบขวั้ แคโทด: โลหะทต่ี อ้ งการชุบสารละลายอิเลก็ โทรไลต์: ไอออนของโลหะชนิดเดียวกับโลหะที่เป็นแอโนด หรือโลหะทใี่ ชช้ ุบไฟฟ้า: กระแสตรงขว้ั แอโนด: Ag: Ag(s) Ag +(aq) + e -ขัว้ แคโทด: ชอ้ น: Ag +(aq) + e - Ag(s) 82
ประโยชน์ของเซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์การทาทองแดงใหบ้ ริสทุ ธิ์ จากโลหะที่ประกอบดว้ ย Cu, Fe, Zn, Ag, Au, PtCAantohdoede - +CuSO4 + ทองแดงไมบ่ รสิ ทุ ธ์ิH2SO4 ทองแดงบริสุทธ์ิ กากตะกอน 83
Search
