E-book 30000-1303-7 เคมีไฟฟ้า

เอกสารประกอบการเรยี น รหสั วชิ า 30000-1303 วิชา วิทยาศาสตร์งานไฟฟา้ อิเลก็ ทรอนิกส์ และการส่ือสาแรละการสื่อสาร หลกั สตู รประกาศนยี บัตรวิชาชพี ชนั้ สงู (ปวส.) พุทธศกั ราช 2563 หน่วยท่ี 7 เรอื่ ง เคมีไฟฟา้ ธญั พร พุม่ พวง ครูชำนาญการพิเศษ วิทยาลัยเทคนิคลพบรุ ี สำนักงานคณะกรรมการการอาชีวศึกษา กระทรวงศึกษาธกิ าร

2 ใบความรู้ หนว่ ยท่ี 7 เรอ่ื ง เคมไี ฟฟ้า แนวคดิ ไฟฟ้าเป็นพลังงาน ชนิ ดหน ึ่ง ที ่มนุ ษย ์นำมาใช้ ประโ ย ชน์ มากมายน อก จากจะ ให้ แสงสว่ าง แ ล้ ว ยังให้ความร้อนในการหุงต้มหรือรีดผ้า และยังนำไฟฟ้ามาใช้ในการหมุนมอเตอร์ เช่น เครื่องดูดฝุ่น เครื่องปั่น เครื่องทำความเย็น เป็นต้น ไฟฟ้าจึงมีความสำคัญและจำเป็นต่อการดำรงชีวิตของมนุษย์ พลังงานไฟฟ้าอาจได้มาจากแหลง่ ต่าง ๆ เชน่ เครอื่ งกำเนดิ ไฟฟา้ แบตเตอรี่ ถา่ นไฟฉาย การศึกษาเกี่ยวกับ การเปลี่ยนแปลงพลังงานไฟฟ้ากับพลังงานเคมีเรียกว่า เคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นการศึกษาความสัมพันธ์เกีย่ วกบั ปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าซึ่งเรียกว่าเซลล์กัลวานิก และการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในสารเคมี เพื่อทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี เรียกว่า เซลล์อิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น เรียกว่า ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่มีการให้และรับอิเล็กตรอนระหว่างสาร ซึ่งที่มีประโยชน์มากในการคิดค้นสิ่งประดิษฐ์ นวัตกรรม สาระการเรยี นรู้ 7.1 ปฏกิ ริ ิยาเคมไี ฟฟา้ 7.2 การดลุ สมการรดี อกซ์ 7.3 เซลล์ไฟฟา้ เคมี จดุ ประสงคเ์ ชิงพฤติกรรม 1. นกั ศกึ ษาบอกความหมายและปฏกิ ิริยายอ่ ยของปฏกิ ริ ิยารีดอกซไ์ ด้อยา่ งถกู ต้อง 2. นักศึกษาดลุ สมการรดี อกซโ์ ดยใชเ้ ลขออกซิเดชันและใชค้ รึง่ ปฏกิ ิรยิ าได้อยา่ งถกู ตอ้ ง 3. นักศกึ ษาบอกความหมายและชนดิ ของเซลล์กัลวานิกได้อยา่ งถูกตอ้ ง 4. นกั ศกึ ษาเขยี นแผนภาพของเซลล์กัลวานกิ ได้อย่างถูกตอ้ ง 5. นักศึกษาพจิ ารณาการเกิดปฏิกิรยิ ารีดอกซ์จากค่าศกั ยไ์ ฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ได้อย่างถูกต้อง 6. นักศกึ ษาบอกความหมายของเซลล์อเิ ลก็ โทรไลตกิ ได้อย่างถกู ตอ้ ง 7. นักศกึ ษาบอกการนำเซลล์ไฟฟา้ เคมีไปใช้ประโยชน์ได้

3 ผังมโนทัศน์

4 7.1 ปฏกิ ิรยิ าเคมีไฟฟา้ ปฏิกิริยาเคมีไฟฟา้ หรือ ปฏิกิริยารีดอกซ์ ( Redox reaction ) คือปฏิกิริยาเคมีที่มีการให้และรับ อิเลก็ ตรอนระหว่างสารตง้ั ต้น ทำใหเ้ ลขออกซิชนั ของสารตงั้ ต้นมกี ารเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจะทำให้มีอะตอม ของธาตุบางตัวสญู เสียหรือได้รับอิเลก็ ตรอน เรยี กปฏิกริ ิยาท่ีเกิดการใหอ้ ิเล็กตรอนว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน ( Oxidation reaction ) และเรียกปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอนว่า ปฏิกิริยารีดักชัน ( Reduction reaction ) ดังนั้นปฏิกิริยารีดอกซ์ ประกอบด้วยปฏิกิริยาย่อย 2 ปฏิกิริยา ที่เกิดขึ้นพร้อมกันในปฏิกิริยา เดียวกัน ปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันเป็นครึ่งปฏิกิริยา เมื่อรวมปฏิกิริยาทั้งสองเข้าด้วยกัน จะได้ปฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ เช่น ปฏกิ ริ ิยารดี อกซอ์ ย่างงา่ ยท่ีเกิดข้นึ เม่อื จมุ่ แผ่นสงั กะสี Zn(s) ลงในสารละลาย คอปเปอร์ (II) ซัลเฟต CuSO4(aq) ดงั ภาพ 7.1 ภาพที่ 7.1 ปฏกิ ิริยาเคมที ี่เกดิ จากแผ่นสังกะสจี มุ่ ไปในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ทีม่ า : http://www.siamchemi.com ( สบื ค้นเมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) จากภาพที่ 7.1 เมื่อจุ่มแผ่นสังกะสี Zn(s) ลงในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต CuSO4(aq) จะเกิดปฏิกิริยา 2 อย่างขึ้นในเวลาเดียวกนั นั่นคือ โลหะสังกะสีจะเกิดการผุกร่อน เนื่องจากมีการสูญเสีย อเิ ลก็ ตรอน เกิดปฏกิ ิริยาออกซิเดชนั ดงั น้ี Zn(s) Zn2+ (aq) + 2e- ส่วนคอปเปอร์ไอออน (Cu2+) ในสารละลายคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต CuSO4(aq) จะรับอิเล็กตรอน จากโลหะสังกะสีกลายเป็นโลหะทองแดง Cu(s) เกาะอยู่ที่แผ่นโลหะสังกะสี และสารละลายสีฟ้าของ CuSO4(aq) จะจางลงเร่อื ย ๆ เกดิ ปฏกิ ริ ยิ ารีดกั ชนั ดงั นี้ Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) เมื่อรวมปฏิกิริยาท้ังสองเขา้ ดว้ ยกนั จะเกิด ปฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ดงั นี้ Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

5 เรียก Zn(s) ซึ่งให้อิเล็กตรอนว่า ตัวรีดิวซ์ ( Reduce ) และเรียก Cu2+(aq) ซึ่งรับอิเล็กตรอนว่า ตัวออกซิไดส์ ( Oxidise ) ซึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์ดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้นถ้าจุ่มโลหะทองแดง Cu(s) ลงในสารละลายซิงค์ซัลเฟต (ZnSO4) เพราะโลหะทองแดงจะไม่ยอมให้อิเลก็ ตรอนแกซ่ ิงค์ไอออน Zn2+ หรอื กลา่ วได้ว่า Zn2+ ไม่สามารถ รบั อเิ ลก็ ตรอนจากโลหะทองแดงได้ ดงั นนั้ ความสามารถในการรับอิเล็กตอนของ Cu2+ จึงมากกวา่ Zn2+ ปฏกิ ริ ิยารดี อกซ์ท่ีพบทัว่ ไปอาจเกิดขึ้นระหว่างธาตกุ ับธาตุ ธาตกุ ับสารประกอบ หรือสารประกอบ กับสารประกอบ การพิจารณาว่าปฏิกิริยาใดเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์หรือไม่ ทำได้โดยการเปรียบเทียบ เลขออกซิเดชันของธาตุ และไอออนทุกชนิดที่เป็นสารตั้งต้นกับผลิตภัณฑ์ ถ้ามีการเปลี่ยนแปลง เลขออกซเิ ดชันถอื วา่ เปน็ ปฏกิ ริ ิยารีดอกซ์ เลขออกซิเดชัน ( Oxidation Number หรือ Oxidation state ) คือ ค่าประจุไฟฟ้าที่สมมติขึ้น ของไอออนหรืออะตอมของธาตุโดยคิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้หรือรับหรือใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุ ตามเกณฑท์ กี่ ำหนดขึน้ ซ่งึ ส่วนใหญ่เป็นเลขจำนวนเต็มบวกหรอื ลบหรือศูนย์ หลกั เกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชนั มดี ังน้ี 1. เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระทุกชนิดไม่ว่าธาตุนั้นหนึ่งโมเลกุลจะประกอบด้วยกี่อะตอม มคี า่ เทา่ กับศนู ย์ เช่น Na Zn Cu He H2 N2 O2 Cl2 P4 S8 เปน็ ตน้ มีเลขออกซเิ ดชนั เท่ากบั ศูนย์ 2. เลขออกซเิ ดชนั ของไฮโดรเจนในสารประกอบโดยท่ัวไป ( H รวมตวั กับอโลหะ ) เช่น HCl H2O H2SO4 เป็นต้น มีค่าเท่ากับ +1 แต่ในสารประกอบไฮไดรด์ของโลหะ ( H รวมตัวกับโลหะ ) เช่น NaH CaH2 ไฮโดรเจนมเี ลขออกซิเดชันเท่ากบั -1 3. เลขออกซิเดชนั ของออกซเิ จนในสารประกอบโดยทว่ั ไปเทา่ กับ -2 แตใ่ นสารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H2O2 และ BaO2 ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 สารประกอบซุปเปอร์ออกไซด์ออกซิเจน มีเลขออกซิเดชันเทา่ กับ -0.5 และในสารประกอบ OF2 เท่านน้ั ที่ออกซิเจนมีเลขออกซเิ ดชนั เท่ากบั +2 4. เลขออกซิเดชันของไอออน ที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกัน มีค่าเท่ากับประจุที่แท้จริง ของไอออนนั้น เชน่ Mg2+ ไอออน มีเลขออกซิเดชนั เท่ากับ +2 และ F- ไอออนมเี ลขออกซิเดชนั เท่ากับ -1 เป็นตน้ 5. ไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่าหนึง่ ชนดิ ผลรวมของเลขออกซิเดชนั ของอะตอมท้ังหมด จะเท่ากับประจทุ แี่ ทจ้ รงิ ของไอออนนน้ั เชน่ SO42- ไอออน เท่ากบั -2 เลขออกซิเดชันของ NH4+ ไอออน เท่ากบั +1 เปน็ ต้น 6. ในสารประกอบใด ๆ ผลบวกของเลขออกซเิ ดชนั ของอะตอมท้งั หมดเท่ากบั ศูนย์ เชน่ H2O น้นั H มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 แต่มี H 2 อะตอม จึงมีเลขออกซิเดชันทั้งหมด เท่ากับ +2 และ O มีเลขออกซเิ ดชันเทา่ กับ -2 เมอ่ื รวมกนั จะเทา่ กบั ศนู ย์ เปน็ ตน้ 7. ธาตุหมู่ IA IIA และ IIIA ในสารประกอบต่าง ๆ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 +2 และ +3 ตามลำดับ

6 8. ธาตุอโลหะส่วนใหญ่ในสารประกอบมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น Cl ใน HCl HClO HClO2 HClO3 และ HClO4 มีเลขออกซเดชนั เทา่ กบั -1 +1 +3 +5 และ +7 ตามลำดบั 9. ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่มีเลขออกซิชันได้มากกว่าหนึ่งค่า เช่น Fe ใน FeO และ Fe2O3 มีเลขออกซิเดชันเทา่ กบั +2 และ +3 ตามลำดับ สามารถหาเลขออกซเิ ดชัน โดยวธิ ีดงั น้ี 1. สมมติเลขออกซเิ ดชันของธาตุทีต่ อ้ งการหา 2. นำค่าเลขออกซิเดชันของธาตุที่ทราบแล้ว และเลขออกซิเดชันของธาตุที่ต้องการหา จากนั้น เขียนเป็นสมการตามหลักเกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน แล้วแก้สมการเพื่อหาเลขออกซิเดชัน ของธาตุ 3. สำหรับสารประกอบไอออนกิ ทป่ี ระกอบดว้ ย ไอออนเชิงซอ้ น และไม่ทราบค่าเลขออกซิเดชัน ของธาตุมากกวา่ 1 ธาตุ เมือ่ ต้องการหาคา่ เลขออกซิเดชันของธาตุ ควรแยกเปน็ ไอออนบวกและไอออนลบ กอ่ น จึงสมมตคิ ่าเลขออกซิเดชันของธาตุท่ีตอ้ งการหาแลว้ นำค่าเลขออกซิเดชันของธาตุท่ีทราบแล้วกับธาตุ ที่ต้องการทราบไปเขียนสมการตามหลักเกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน จากนั้นจึงแก้สมการ เพือ่ หาเลขออกซิเดชนั ของธาตุดังกลา่ ว ตัวอยา่ งท่ี 1 จงหาเลขออกซเิ ดชนั ของ Cr ใน [Cr(H2O)4Cl2] ClO4 วธิ ีทำ H2O มเี ลขออกซเิ ดชันเทา่ กับ 0 Cl- มีเลขออกซิเดชันเท่ากบั –1 ClO4 มเี ลขออกซิเดชนั เทา่ กับ –1 ให้ Cr มีเลขออกซิเดชันเทา่ กับ X X + (0  4) + (-1  2) + (-1) = 0 X= +1+2 =3 ตอบ Cr มีเลขออกซิเดชนั เทา่ กับ +3 ตัวอยา่ งที่ 2 จงหาเลขออกซิเดชนั ของ S ใน Na2S4O6 วธิ ที ำ Na มีเลขออกซเิ ดชันเทา่ กับ +1 O มีเลขออกซเิ ดชนั เทา่ กบั –2 ให้ S มเี ลขออกซิเดชันเท่ากับ X ((+1)  2) + (X  4) + ((-2)  6) = 0 4X = 10 X= +2.5 ตอบ S ใน Na2S4O6 มเี ลขออกซิเดชันเท่ากบั +2.5

7 7.2 การดลุ สมการรีดอกซ์ การเขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่ถูกต้องจะต้องเป็นสมการที่ดุลแล้ว นั่นคือ จำนวนอะตอม ของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ต้องเท่ากัน การดุลสมการรีดอกซ์ มีหลักการเดียวกันและต้องพิจารณาจำนวนอิเล็กตรอนที่อยู่ในปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชัน ให้เท่ากันด้วย การดุลสมการรีดอกซ์ มี 2 วิธี คือ การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซิเดชัน และการดุลสมการ รีดอกซโ์ ดยใชค้ รงึ่ ปฏกิ ิรยิ า 9.2.1 การดุลสมการรีดอกซ์โดยใชเ้ ลขออกซิเดชนั การดุลสมการรดี อกซโ์ ดยใชเ้ ลขออกซิเดชนั มหี ลกั การสำคญั คือ การทำใหเ้ ลขออกซเิ ดชนั ของธาตุ หรือไอออนที่เพิ่มขึ้นกับเลขออกซิเดชันของธาตุหรือไอออนที่ลดลงเท่ากัน จากนั้นจึงดุลอะตอมอ่ืน ที่เลขออกซิเดชันไม่เปลี่ยนและตรวจสอบความถูกต้อง โดยการนับจำนวนอะตอมของธาตุและประจุไฟฟ้า ของสารต้ังตน้ และผลติ ภัณฑซ์ ึง่ ตอ้ งเทา่ กัน การดลุ สมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซเิ ดชันมี 5 ขน้ั ตอน ดังน้ี 1. หาเลขออกซิเดชันของธาตหุ รอื ไอออนในปฏิกิรยิ า เพ่อื ทราบตัวรีดิวซ์และตวั ออกซิไดส์ 2. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่เลขออกซิเดชันเปลี่ยนแปลง และหาเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น ของตัวรีดิวซแ์ ละเลขออกซเิ ดชันท่ลี ดลงของตวั ออกซิไดส์ 3. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่เลขออกซิเดชันไม่เปลี่ยนทั้งสารตัง้ ต้นและผลิตภัณฑ์ โดยนำตัวเลข ที่เหมาะสมไปคูณ 4. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่เลขออกซิเดชันไมเ่ ปลี่ยนทั้งสารตัง้ ต้นและผลิตภณั ฑ์ โดยนำตัวเลข ทีเ่ หมาะสมมาเตมิ หนา้ สูตรหรือสญั ลกั ษณ์โดยเร่มิ จากสารโมเลกลุ ใหญก่ ่อน 5. นับจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ซึ่งเป็น การตรวจสอบความถูกต้อง ถ้าเทา่ กันแลว้ แสดงวา่ ดลุ สมการได้ถูกต้อง ตวั อย่างที่ 3 เมอื่ จมุ่ โลหะอะลมู เิ นียมลงในสารละลายทม่ี ี Zn2+(aq) พบวา่ โลหะอะลูมเิ นยี มส่วนที่จุ่มอยู่ใน สารละลายกร่อนไปดังสมการ Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn(s) จงดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซเิ ดชัน วิธที ำ 1. หาเลขออกซเิ ดชันของธาตุหรือไอออนในปฏกิ ิริยา เพอื่ ทราบตัวรดี วิ ซแ์ ละตัวออกซิไดส์ Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn(s) เลขออกซเิ ดชนั 0 +2 +3 0

8 2. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุทีเ่ ลขออกซิเดชันเปลี่ยนแปลง และหาเลขออกซิเดชันทีเ่ พิ่มขึ้นของ ตัวรดี ิวซแ์ ละเลขออกซิเดชันท่ลี ดลงของตวั ออกซไิ ดส์ ตัวรีดิวซ์ เลขออกซเิ ดชนั ของ Al เพมิ่ ขึ้น 3 Al(s) + Zn2+(aq) Al3+(aq) + Zn(s) เลขออกซเิ ดชนั 0 +2 +3 0 ตัวออกซิไดส์ เลขออกซิเดชันของ Zn ลดลง 2 3. ดุลจำนวนอะตอมขเอพง่ิมธขาตึ้นุท3ี่เลขออกซิเดชันไม่เปลี่ยนทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ โดยนำตัว เลขท่ีเหมาะสมไปคูณ เพมิ่ ขึ้น 2  (3) = 6 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) ลดลง 3  (2) = 6 4. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุที่เลขออกซิเดชันไม่เปลี่ยนทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ โดยนำตัว เลขท่ีเหมาะสมมาเติมหนา้ สตู รหรือสญั ลกั ษณโ์ ดยเร่มิ จากสารโมเลกุลใหญก่ ่อน 2Al(s) + 3Zn2+(aq) 2Al3+(aq) + 3Zn(s) ประจุไฟฟ้า 0 3(2+) 2(3+) 0 ผลรวมประจไุ ฟฟ้า 6+ 6+ 5. นับจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจไุ ฟฟ้าของสารตั้งตน้ และผลิตภัณฑ์ ซ่งึ กรณีน้ี เทา่ กนั แล้ว แสดงวา่ สมการรดี อกซน์ ี้ดุลแลว้ 7.2.2 การดลุ สมการรีดอกซ์โดยใชค้ ร่ึงปฏิกริ ยิ า การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ครึ่งปฏิกริ ยิ า มีหลักการสำคัญ คือ แยกสมการออกเป็นครึ่งปฏิกิริยา ออกซเิ ดชนั และครึง่ ปฏิกิริยารดี ักชนั แล้วดุลทงั้ จำนวนอะตอมและประจไุ ฟฟ้าของสารในแตล่ ะครึง่ ปฏิกิริยา ให้เท่ากัน จากนั้นรวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกันและตัดสารที่เหมือนกันออกทั้งสองด้าน เนื่องจาก การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ครึ่งปฏิกิริยามีหลายวิธี ขั้นตอนการดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ครึ่งปฏิกิริยา ดว้ ยวิธไี อออน-อเิ ล็กตรอน มี 6 ข้ันตอนดงั นี้

9 1. หาเลขออกซเิ ดชนั ของธาตุหรือไอออนเพื่อใช้กำหนดครงึ่ ปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั และครึ่งปฏิกิริยา รีดักชัน 2. แยกสมการรดี อกซ์ออกเป็นคร่ึงปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชันและครึง่ ปฏิกิริยารีดักชนั 3. ดลุ จำนวนอะตอมของแต่ละธาตแุ ละผลรวมประจุไฟฟ้าในแตล่ ะครง่ึ ปฏิกิรยิ า โดยมีลำดับดงั น้ี 3.1 ดุลจำนวนอะตอมทไ่ี ม่ใช่ O และ H 3.2 ดลุ จำนวนอะตอม O โดยการเตมิ H2O 3.3 ดลุ จำนวนอะตอม H โดยการเติม H+ 3.4 ดลุ จำนวนประจุไฟฟา้ โดยการเติมอเิ ล็กตรอน 4. ทำจำนวนอิเลก็ ตรอนในแตล่ ะครง่ึ ปฏกิ ิรยิ าใหเ้ ท่ากนั โดยคณู ด้วยตวั เลขที่เหมาะสม 5. รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกันแล้วตัดจำนวนอิเล็กตรอนและโมเลกุล H2O ออกทั้งสองดา้ น ด้วยจำนวนที่เท่ากัน สำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายเบส สมการที่ดุลแล้วควรมี OH- ปรากฏอยู่ ดงั นั้นจงึ ต้องเติม OH- ท้งั สองเพอ่ื ให้ OH- รวมกบั H+ เกิดเปน็ H2O 6. ตรวจสอบจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจไุ ฟฟา้ ให้เท่ากันท้งั 2 ด้านของสมการ ตัวอย่าง 4 ไดโครเมตไอออนทำปฏิกิริยากับไอโอไดด์ไอออนในสารละลายกรด เกิดเป็นโครเมียม (III) ไอออน กับไอโอดีน เขยี นเปน็ สมการไอออนกิ ไดด้ งั น้ี Cr2O72-(aq) + I-(aq) Cr3+(aq) + I2(aq) จงดลุ สมการโดยใช้ครึง่ ปฏิกริ ยิ า วธิ ีทำ 1. หาเลขออกซเิ ดชนั ของธาตหุ รือไอออนเพ่ือใช้กำหนดครงึ่ ปฏกิ ริ ิยา เลขออกซเิ ดชัน Cr2O72-(aq) + I-(aq) Cr3+(aq) + I2(aq) +6 -1 +3 0 2. แยกสมการรีดอกซอ์ อกเปน็ คร่งึ ปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั และครงึ่ ปฏิกริ ยิ ารดี กั ชนั ครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน Cr2O72-(aq) Cr3+(aq) ครง่ึ ปฏิกิรยิ าออกซิเดชนั I-(aq) I2(aq) 3. ดุลจำนวนอะตอมของแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟ้าในแต่ละครึ่งปฏิกิริยา โดยใช้ H2O ดุลจำนวนอะตอม O ใช้ H- ดุลจำนวนอะตอม H และใช้ e- ดลุ ประจุ

10 ดลุ คร่ึงปฏกิ ริ ยิ ารดี ักชัน (1) ดุลจำนวนอะตอมที่ไมใ่ ช้ O และ H จำนวนอะตอม Cr ยังไม่ดลุ จงึ เตมิ 2 หนา้ Cr3+ ดังนี้ Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq) (2) ดลุ จำนวนอะตอม O ทางดา้ นซา้ ยมี O 7 อะตอม จึงเติม 7H2O ทางดา้ นขวา ดงั น้ี Cr2O72-(aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) (3) ดลุ จำนวนอะตอม H ทางด้านขวามี H 14 อะตอม จงึ เตมิ 14H+ ทางดา้ นซา้ ย ดงั น้ี Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) (4) ดลุ จำนวนประจุไฟฟ้าทางด้านซ้ายมีประจุ 12+ แตด่ ้านขวามี 6+ จึงต้องเตมิ 6e- ทางด้านซ้าย เพื่อทำใหป้ ระจเุ ป็น 6+ เท่ากนั ดังน้ี Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) ดุลครงึ่ ปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชัน (1) ดลุ จำนวนอะตอมทไ่ี ม่ใช่ O และ H ในท่นี ี้ คอื อะตอม I ดลุ ได้โดยเตมิ 2 หนา้ I-(aq) ดงั นี้ 2I-(aq) I2(aq) (2) ดลุ จำนวนอะตอม O และ H ในกรณีน้ไี ม่มี O และ H จงึ ไม่ตอ้ งดลุ (3) ดลุ จำนวนประจไุ ฟฟ้า ทางด้านซา้ ยมีประจุ 2- แต่ดา้ ยขวาประจุเปน็ 0 จงึ เตมิ 2e- เพ่ือทำให้ ประจเุ ป็น 2- เท่ากัน ดังนนั้ 2I-(aq) I2(aq) + 2e- 4. ทำจำนวนอิเล็กตรอนในแต่ละครึ่งปฏิกิริยาให้เท่ากัน โดยคูณด้วยตัวเลขที่เหมาะสม ในครงึ่ ปฏกิ ิริยารีดกั ชันรบั 6 อิเลก็ ตรอน Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) สว่ นในคร่ึงปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชนั ให้ 2e- จึงดุลคร่งึ ปฏิกิริยาออกซเิ ดชันโดยคณู ดว้ ย 3 จะได้ดงั น้ี 6I-(aq) 3I2(aq) + 6e- 5. รวมสองครึ่งปฏิกิริยาเขา้ ดว้ ยกนั แล้วตัดจำนวนอเิ ล็กตรอน ออกทั้งสองดา้ นดว้ ยจำนวนทเ่ี ทา่ กัน 6I-(aq) 3I2(aq) + 6e-

11 Cr2O72-(aq) + 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+(aq) + 7H2O(l) Cr2O72-(aq) + 6I-(aq) +14H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3I2(aq) + 7H2O(l) Cr2O72-(aq) + 6I-(aq) +14H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3I2(aq) + 7H2O(l) 6. ตรวจสอบจำนวนอะตอมของแตล่ ะธาตุและผลรวมประจไุ ฟฟ้าใหเ้ ท่ากนั ท้ัง 2 ดา้ นของสมการ Cr2O72-(aq) + 6I-(aq) +14H+(aq) 2Cr3+(aq) + 3I2(aq) + 7H2O(l) ประจุไฟฟ้า 2- 6- 14+ 6+ 0 0 ผลรวมประจุ 6+ 6+ สมการนจ้ี ำนวนอะตอมแต่ละธาตุและผลรวมประจุไฟฟา้ ทง้ั สองดา้ นเทา่ กนั แสดงว่าสมการรีดอกซ์ นี้ดลุ แล้ว

12 กิจกรรมการเรยี นรทู้ ่ี 7.1 1. ปฏิกริ ยิ ารีดอกซ์ มลี กั ษณะอย่างไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 2. ปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั หมายความวา่ อย่างไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 3. ปฏกิ ิริยารีดกั ชนั หมายความวา่ อยา่ งไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 4. ตวั รดี ิวซ์ คอื อะไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 5. ตัวออกซไิ ดส์ คืออะไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 6. ครงึ่ ปฏิกิรยิ าของปฏิกริ ิยารีดอกซ์ คอื อะไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 7. เลขออกซเิ ดชนั หมายถงึ อะไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 8. จงบอกหลักเกณฑ์ในการกำหนดคา่ เลขออกซิเดชนั .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 9. จงบอกวธิ ีการหาเลขออกซเิ ดชนั .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................

13 10. จงหาเลขออกซิเดชนั ของ S ใน H2SO4 .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 11. จงเขยี นสมการแสดงครง่ึ ปฏิกิรยิ าทเี่ ป็นปฏิกิริยาออกซเิ ดชนั และครงึ่ ปฏิกริ ยิ ารีดักชนั ของปฏิกิริยารีดอกซ์ ทกี่ ำหนดให้พรอ้ มทงั้ ระบุตวั ออกซไิ ดสแ์ ละตัวรีดิวซ์ 11.1 Cu (s) + 2Ag+(aq) Cu2+(aq) + 2Ag(s) .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 11.2 2Al (s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g) .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 12. การดลุ สมการรดี อกซ์ มกี วี่ ธิ ี อะไรบา้ ง .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 13. จงบอกข้ันตอนการดุลสมการรีดอกซโ์ ดยใชเ้ ลขออกซเิ ดชัน .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 14. จงบอกขน้ั ตอน การดุลสมการรดี อกซ์โดยใช้คร่ึงปฏกิ ิริยา .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................

14 15. จงดุลสมการตอ่ ไปนโี้ ดยใช้เลขออกซิเดชัน Cr3+(aq) + H2O(l) + S(s) Cr2O72-(aq) + H+(aq) + H2S(aq) .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 16. จงดลุ สมการรดี อกซ์ต่อไปน้โี ดยใชค้ รึง่ ปฏิกริ ยิ า MnO4-(aq) + H2S(aq) + H+(aq) Mn2+(aq) + H2O(l) + S(s) .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................

15 7.3 เซลล์ไฟฟ้าเคมี เซลล์ไฟฟ้าเคมี ( Electrochemical cell ) คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์ทางเคมีซึ่งเกิดจาก การเปลย่ี นแปลงพลงั งานเคมีเป็นพลังงานไฟฟา้ หรือเกิดการเปล่ยี นแปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี องคป์ ระกอบหลักของเซลล์ไฟฟา้ เคมี ได้แก่ 1. ข้วั ไฟฟ้าอย่างนอ้ ยสองข้ัวชนิดเดยี วกนั หรือตา่ งชนิดกัน เปน็ วัสดตุ ัวนำไฟฟา้ โดยอาศัยการเคลื่อนท่ี ของอิเล็กตรอน 2. อเิ ล็กโทรไลต์ สว่ นใหญเ่ ปน็ สารละลายเกลือไอออนกิ ที่ละลายน้ำ เช่น สารละลายโพแทสเซียม คลอไรด์ (KCl) ซึ่งอาจเขียนในรูป K+(aq) และ Cl- (aq) นำไฟฟ้าได้โดยอาศัยการเคลื่อนที่ของไอออน ที่เป็นองคป์ ระกอบ การใช้กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมี หรือการใช้ปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิด กระแสไฟฟา้ เกิดได้ในบรเิ วณขวั้ ไฟฟ้าของเซลล์ไฟฟา้ เคมี เซลลไ์ ฟฟา้ เคมี มีสว่ นประกอบหลัก คือ ขว้ั ไฟฟ้า และอิเล็กโทรไลต์ ขั้วไฟฟ้าเป็นวัสดุท่ีนำไฟฟ้าได้โดยอาศัยการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน และอิเล็กโทรไลต์ เป็นวัสดุนำไฟฟ้าโดยการเคลื่อนที่ของไอออนที่เป็นองค์ประกอบ บริเวณที่ขั้วไฟฟ้าและอิเล็กโทรไลต์ สัมผสั กนั เปน็ บรเิ วณท่ีไอออนในอเิ ล็กโทรไลต์ และอิเล็กตรอนในข้ัวไฟฟ้าเคล่ือนทีเ่ ข้ามารวมกัน หรือแยก ออกจากกนั ท้งั ขัว้ ไฟฟา้ และ อิเล็กโทรไลต์อยูใ่ นสถานะของแขง็ ของเหลวหรือกง่ึ ของเหลวกไ็ ด้ เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบง่ ออกเป็น 2 ประเภทหลัก คอื 1. เซลลก์ ัลวานกิ ( Galvanic cell ) 2. เซลลอ์ ิเล็กโทรไลตกิ ( Electrolytic cell ) 9.3.1 เซลล์กัลวานิก เซลล์กัลวานิก ( Galvanic cell ) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกดิ จากสารเคมที ำปฏิกริ ยิ ากันในเซลล์ แลว้ เกิดกระแสไฟฟ้า เชน่ ถา่ นไฟฉาย เซลลแ์ อลคาไลน์ เซลลป์ รอท เซลล์เงนิ แบตเตอร่ี ถา่ นไฟฉาย และเซลลเ์ ชือ้ เพลิงทม่ี นุษย์อวกาศใชใ้ นการเดนิ ทางไปสำรวจดวงจันทร์ 1. การสรา้ งเซลลก์ ัลวานิก นำโลหะต่างชนิดกันจุ่มในภาชนะที่บรรจุสารละลายที่มีไอออนของโลหะนั้น เช่น โลหะ Zn(s) จุ่มใน Zn2+ เขียนแทนด้วยสัญลักษณ์ Zn(s)| Zn2+(aq) และโลหะ Cu(s) จุ่มใน Cu2+ เขียนแทนด้วย สัญลักษณ์ Cu(s)|Cu2+(aq) เป็นต้น ระบบที่ประกอบด้วยโลหะจุ่มอยู่ในสารละลายที่มีไอออนของโลหะ อยูด่ า้ นใดด้านหนึง่ ของเซลล์ เรยี กวา่ คร่งึ เซลล์ เมื่อนำสองครึ่งเซลล์ต่างชนิดกันและภาชนะ 2 ใบนี้มีสะพานไอออนหรือสะพานเกลือ ซึ่งเป็น กระดาษ หรือหลอดรูปตวั ยทู ีช่ ุบหรือบรรจุสารละลายทีแ่ ตกตวั เป็นไอออนได้ดี และไม่ทำปฏิกิรยิ ากบั สาร ที่อยู่ในครึ่งเซลล์ทั้งสอง เช่น อิเล็กโทรไลต์แก่ต่าง ๆ เชื่อมถึงกัน แล้วต่อลวดตัวนำจากขั้วทั้งสองเข้ากบั โวลต์มิเตอร์ ( Volt meter ) ซึ่งมีเข็มแสดงทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน พบว่าเข็มกระดิกแสดงว่า อิเลก็ ตรอนผา่ นลวดตัวนำจากขัว้ โลหะหน่ึงไปยังอกี ข้ัวโลหะหน่ึงซึ่งมีศกั ยไ์ ฟฟา้ ไม่เท่ากัน อิเลก็ ตรอนจะไหล

16 จากศกั ยไ์ ฟฟา้ ตำ่ ไปสูศ่ ักยไ์ ฟฟ้าสงู และมีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร เรียกโลหะในแต่ละครงึ่ เซลล์ว่า ขั้วไฟฟ้า ลกั ษณะของเซลลก์ ลั วานกิ ดงั ภาพที่ 7.2 Zn(s) Cu(s) ZnSO4(aq) CuSO4(aq) ภาพท่ี 7.2 ลักษณะของเซลลก์ ัลวานิก ทีม่ า : http://aandchem.blogspot.com/2011/02/blog-post_3505.html ( สืบค้นเม่ือ 25 พ.ย. 2564 ) จากภาพที่ 7.2 พบว่า เข็มของโวลต์มิเตอร์เบนจาก Zn(s) ไปยัง Cu(s) แสดงว่าอิเล็กตรอนไหล จาก Zn(s) ไปยงั Cu(s) ดงั นั้น คร่งึ เซลล์ Zn(s)| Zn2+(aq) เกิดปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชนั ดังสมการ Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- ขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า ขั้วแอโนด ( Anode ) สำหรับไอออน Zn2+(aq) ทเ่ี กิดขึ้นจะอยู่ในสารละลาย ทำใหไ้ อออนบวกในสารละลายเพม่ิ ข้ึน สว่ นอเิ ล็กตรอนจะเคลื่อนที่ ผ่านลวดตัวนำไปยังแผ่นทองแดงซึ่งเป็นขั้วไฟฟ้าของอีกครึ่งเซลล์หนึ่ง ดังนั้น ครึ่งเซลล์ Cu(s)|Cu2+(aq) จึงเกิดปฏิกิริยารีดักชัน โดย Cu2+(aq) ในสารละลายรับอิเล็กตรอนเกิดเป็น Cu(s) สะสมที่ขั้วไฟฟ้า ดังสมการ Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) ขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่า ขั้วแคโทด ( Cathode ) ปฏิกิริยารีดอกซ์ ของเซลล์ที่เกิดจากการนำครึ่งเซลล์ Zn(s)| Zn2+(aq) มาตอ่ กบั ครงึ่ เซลล์ Cu(s)|Cu2+(aq) เขียนเป็นสมการ ได้ดงั นี้ Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s)

17 2. การเขียนแผนภาพเซลล์กัลวานิก การเขียนแผนภาพเซลล์กัลวานิก เปน็ การเขียนแผนภาพแทนการเกดิ ปฏกิ ริ ยิ ารดี อกซ์ โดยการเขียน สัญลักษณ์แสดงสว่ นประกอบของเซลล์ ซงึ่ มีหลักการดังนี้ 1. เขียนครง่ึ เซลล์ทเี่ กดิ ปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชันหรอื ข้วั แอโนดไวท้ างซา้ ย ครงึ่ เซลลท์ ี่เกดิ ปฏิกิริยารดี ักชนั หรอื ขัว้ แคโทดไว้ทางขวา ค่ันกลางด้วยสะพานเกลือ ซึง่ ใชเ้ คร่อื งหมาย || 2. สำหรับแต่ละคร่ึงเซลล์ เขียนขั้วไฟฟา้ ของแต่ละครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั ไว้ทางซ้ายสุด ส่วนข้วั ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ทเ่ี กิดปฏิกิริยารดี ักชนั ใหเ้ ขยี นไวท้ างขวาสุด และใช้เครื่องหมาย | คั่นระหว่างสาร ที่มีสถานะต่างกัน ถ้าสารอยู่ในสถานะเดียวกันให้คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (,) รวมทั้งระบุสถานะ ของสารเชน่ เดยี วกบั สมการเคมี เชน่ Fe(s)|Fe2+(aq) หรือ Pt(s)|Fe3+(aq), Fe2+(aq) 3. สำหรับครึ่งเซลล์ท่ีมีแก๊สเข้ามาเก่ียวข้องจะใช้ขัว้ ไฟฟ้าเฉ่ือยซง่ึ ทำจากวัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่ทำปฏิกิริยา กับแกส๊ และอิเล็กโทรไลต์ เชน่ ขัว้ แพลทนิ ัม ข้วั คาร์บอน ซึ่งให้อเิ ล็กตรอนเคลื่อนท่ีผ่านได้ สว่ นสารในคร่ึงเซลล์ ที่มีสถานะเป็นแก๊สต้องระบุความดันแก๊สในวงเล็บและใช้เครื่องหมายจุลภาคคั่นระหว่างสถานะกับความดัน เชน่ Pt(s)|H2(g, 1 atm)|H+(aq) 4. สารละลายท่ีทราบความเขม้ ขน้ ให้เขยี นระบไุ วใ้ นวงเล็บ เช่น Zn(s)|Zn2(aq, 0.1 mol/dm3)||Cu2+(aq, 0.1 mol/dm3)|Cu(s) Pt(s)|H2(g, 1 atm)|H+(aq, 1 mol/dm3)||Cu2+(aq)|Cu(s) จากหลักการเขียนแผนภาพเซลล์กัลวานิก สามารถวาดรูปเซลล์กัลวานิก และเขียนสมการ แสดงคร่งึ ปฏกิ ริ ิยาออกซิเดชนั ครึง่ ปฏิกริ ิยารดี ักชัน และปฏิกริ ยิ าของเซลกลั วานิกได้ เชน่ การเขยี นสมการ ไอออนที่สอดคล้องกับแผนภาพเซลล์ Zn(s)|Zn2(aq, 0.1 mol/dm3)||H+(aq, 1 mol/dm3)|H2(g, 1 atm)|Pt(s) ครึ่งปฏิกิรยิ าออกซเิ ดชนั Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- ครงึ่ ปฏิกิรยิ ารีดักชนั 2H+(aq) + 2e- H2(g) ปฏิกิริยารีดอกซ์ Zn(s) + 2H+(aq) Zn2+(aq) + H2(g) ตวั อยา่ งที่ 5 จงเขียนสมการแสดงปฏิกิริยา ทีข่ ้ัวแอโนด ขั้วแคโทด และปฏิกริ ยิ าของเซลล์ จากแผนภาพ เซลล์กลั วานกิ ท่ีกำหนดให้ Mg(s)|Mg2+(aq, 1 mol/dm3)||Fe3+(aq, 1 mol/dm3), Fe2+(aq, 1 mol/dm3)|Pt(g) วิธที ำ จากแผนภาพแสดงว่าคร่ึงเซลล์ Mg(s)|Mg2+(aq, 1 mol/dm3) เกิดปฏิกริ ิยาออกซิเดชนั เขยี นสมการได้ว่า แอโนด Mg(s) Mg2+(aq) + 2e- ในครง่ึ เซลล์ Pt(g)|Fe3+(aq, 1 mol/dm3), Fe2+(aq, 1 mol/dm3) เกิดปฏิกริ ยิ ารดี ักชัน แต่ เนือ่ งจาก Fe3+(aq) มเี ลขออกซิเดชันสูงกว่า Fe2+(aq) ปฏิกริ ยิ ารดี กั ชันท่เี กิดข้นึ จงึ เขยี นสมการได้ดังน้ี แคโทด Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq)

18 เมือ่ รวมปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั กบั ปฏิกริ ยิ ารีดกั ชนั เขา้ ดว้ ยกนั จะไดป้ ฏกิ ิรยิ ารดี อกซ์ซง่ึ เป็นปฏิกิริยา ของเซลล์ดังน้ี Mg(s) + 2Fe3+(aq) Mg2+(aq) + Fe2+(aq) 3. ศกั ย์ไฟฟา้ ของเซลล์และศักย์ไฟฟา้ มาตรฐานของครึง่ เซลล์ เมือ่ ต่อเซลลไ์ ฟฟ้าแต่ละคร้ังจะทราบค่าศกั ย์ไฟฟ้าของเซลล์โดยอ่านจากโวลตม์ ิเตอร์ และทราบได้ว่า ครง่ึ เซลล์ใดเปน็ แคโทดครึ่งเซลลใ์ ดเป็นแอโนด แตไ่ มท่ ราบคา่ ศักยไ์ ฟฟา้ ของแต่ละครงึ่ เซลล์ นักวิทยาศาสตร์ กำหนดใหค้ รง่ึ เซลลไ์ ฮโดรเจนมาตรฐาน หรอื ขว้ั ไฟฟ้าไฮโดรเจน เป็นคร่งึ เซลลม์ าตรฐานในการเปรียบเทียบ หาค่าศกั ย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครง่ึ เซลล์ตา่ ง ๆ โดยมคี ่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐาน 0.00 โวลต์ การหาค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ต่าง ๆ ทำได้โดยต่อครึ่งเซลล์ที่ต้องการทราบค่าศักย์ไฟฟ้า กับครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ที่วัดได้จะเป็นศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ ( Half-cell potential : E ) นั้น ส่วนศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ ( Standard potential ) กำหนดเป็นสากล ให้ใช้สัญลักษณ์ E˚ ซึ่งเป็นค่าศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่อยู่ในสภาวะมาตรฐานคือ ขั้วไฟฟ้าจุ่มอยู่ใน สารละลายที่ความเข้มข้นของไอออนเท่ากับ 1.0 โมลต่อลูกบาศก์เดซิเมตร ที่อุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส ถ้าสารมีสถานะเปน็ แกส๊ กำหนดใหค้ วามดนั คงที่ 1 บรรยากาศ จากการนำครึ่งเซลล์มาต่อกันเป็นเซลล์กัลวานิก คร่ึงเซลล์ที่รับอิเล็กตรอนซึ่งเกิดที่ขั้วแคโทด จะมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าครึ่งเซลล์ที่ให้อิเล็กตรอน ซึ่งเกิดขึ้นที่ขั้วแอโนด และศักย์ไฟฟ้าที่อ่านได้จากมิเตอร์ จะเป็นศักย์ไฟฟา้ ของเซลล์ซึ่งคือผลตา่ งระหว่างศักย์ไฟฟ้าของครึง่ เซลล์ที่มศี ักย์สูงกบั ครึ่งเซลล์ท่ีมีศักย์ตำ่ จงึ สามารถหาค่าศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของครง่ึ เซลล์ตา่ ง ๆ ไดด้ งั น้ี ศกั ยไ์ ฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ = ศกั ยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของแคโทด – ศักย์ไฟฟา้ มาตรฐานของแอโนด E˚cell = E˚cathode - E˚anode ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของแต่ละครึ่งเซลล์เป็นค่าคงที่เฉพาะสำหรับครึ่งเซลล์ชนิดนั้น ดังนั้น การกำหนดค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์จึงต้องระบุด้วยว่าเป็นศักย์ไฟฟ้าของปฏิกิริยารีดักชัน หรือปฏิกิริยาออกซเิ ดชัน แต่มาตรฐานสากล ( IUPAC ) กำหนดให้ใช้ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ รดี กั ชนั เป็นครง่ึ เซลลม์ าตรฐาน ดังตารางท่ี 7.1

19 ตารางที่ 7.1 คา่ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึง่ เซลลร์ ีดักชนั E˚ ทอ่ี ุณหภมู ิ 298 เคลวนิ ( 25 ˚C ) ท่มี า : http://www.il.mahidol.ac.th ( สืบคน้ เม่อื 25 พ.ย. 2564 ) จากตารางท่ี 9.1 คา่ ศักยไ์ ฟฟ้ามาตรฐานของคร่ึงเซลล์รีดกั ชันใดทีม่ ีค่าเป็นบวกมากกว่า จะสามารถ เกิดปฏิกิรยิ ารีดักชนั ได้ดีกว่าซึง่ สามารถนำไปใช้ประกอบการพิจารณาตัดสินใจว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์จะเกิดข้ึน ไดห้ รอื ไม่ จากการจุ่มโลหะบางชนิดลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ที่มไี อออนของโลหะต่างชนิดกับโลหะที่จุ่ม ลงไปนั้น และสามารถคำนวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ เมื่อนำครึ่งเซลล์ที่ทราบค่า E˚ สองครึ่งเซลล์มาต่อกันเป็นเซลล์กัลวานิก โดยนำศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน ลบดว้ ยศกั ย์ไฟฟ้ามาตรฐานของคร่ึงเซลล์ท่ีเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เนือ่ งจากปฏิกิรยิ าเคมีของเซลล์กัลวานิก สามารถเกิดขึ้นได้เองโดยไม่ต้องใช้พลังงานจากภายนอก ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานที่ได้ต้องเป็นบวกเสมอ แต่หากค่าเป็นลบ แปลความหมายได้ว่าปฏิกิริยารีดอกซ์นั้นเกิดขึ้นเองไม่ได้ นั่นคือ ไม่สามารถสังเกต การเปลี่ยนแปลงของปฏิกริ ิยาได้ ตอ้ งกลับทิศทางของปฏกิ ิริยารีดอกซ์ จึงสามารถคำนวณค่าไฟฟ้ามาตรฐาน ของเซลลไ์ ด้

20 ตัวอย่างที่ 6 ใส่แผ่นโลหะสังกะสีลงในบกี เกอร์ ที่มีสารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เข้มข้น 1.0 mol/dm3 จงคำนวณศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์และทำนายว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ เกิดขึ้นเองได้หรือไม่ โดยสมการแสดง ปฏกิ ริ ิยาระหวา่ งโลหะสงั กะสกี บั สารละลายกรดไฮโดรคลอรกิ เปน็ ดังนี้ ครงึ่ ปฏกิ ิริยาออกซเิ ดชนั Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- คร่ึงปฏิกริ ิยารดี กั ชนั 2H+(aq) + 2e- H2(g) Zn2+(aq) + H2(g) ปฏิกริ ยิ ารดี อกซ์ Zn(s) + 2H+(aq) วิธที ำ ศกั ยไ์ ฟฟ้ารดี กั ชันมาตรฐานเป็นดงั นี้ 2H+(aq) + 2e- H2(g) มคี า่ E˚ = 0.00 V Zn2+(aq) + 2e- Zn(s) มคี ่า E˚ = -0.76 V คำนวณศักยไ์ ฟฟ้ามาตรฐานของเซลลไ์ ด้ดงั น้ี E˚cell = E˚cathode - E˚anode = 0.00 – (-0.76) = +0.76 V ตอบ เซลล์กัลวานกิ มคี า่ เป็นบวก แสดงว่าปฏิกิรยิ ารีดอกซ์เกิดข้ึนเองได้ ตัวอย่างที่ 7 ใส่แผ่นโลหะทองแดง ลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก เข้มข้น 1.0 โมลต่อลูกบาศก์ เดซิเมตร จงคำนวณศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์และทำนายว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ เกิดขึ้นเองได้หรือไม่ โดยกำหนดให้มปี ฏกิ ริ ยิ าเกดิ ข้นึ เปน็ ดงั นี้ ครง่ึ ปฏกิ ิริยาออกซิเดชัน Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- ครึง่ ปฏกิ ริ ิยารีดกั ชนั 2H+(aq) + 2e- H2(g) ปฏกิ ริ ิยารีดอกซ์ Cu(s)+ 2H+(aq) Cu2+(aq) + H2(g) วธิ ีทำ ศกั ย์ไฟฟ้ารดี กั ชนั มาตรฐานเป็นดงั นี้ 2H+(aq) + 2e- H2(g) มคี า่ E˚ = 0.00 V Cu2+(aq) + 2e- Au(s) มคี ่า E˚ = +0.34 V คำนวณศักยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของเซลล์ได้ดังน้ี E˚cell = E˚cathode - E˚anode = 0.00 – (+0.34) = -0.34 V ตอบ เซลล์กัลวานิกมีค่าเป็นลบ แสดงว่าปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเองไม่ได้ ต้องกลับทิศทางของปฏิกิริยา คา่ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซล์จงึ เปน็ +0.34 โวลต์

21 4. ประเภทของเซลล์กัลวานกิ เซลล์กัลวานิก แบ่งตามลักษณะปฏิกิริยาที่เกิดภายในเซลล์ได้ 2 ประเภท คือ เซลล์ปฐมภูมิ และเซลลท์ ตุ ยิ ภูมิ ดงั น้ี (1) เซลล์ปฐมภูมิ เป็นเซลล์กัลวานิกที่ปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์แล้ว ไม่สามารถเปลี่ยนผลิตภัณฑ์กลับมาเปน็ สารตั้งตน้ ไดอ้ ีก จึงไม่สามารถนำกลับมาใช้ได้อีก เช่น ถ่านไฟฉาย เซลลแ์ อลคาไลน์ เซลลป์ รอท เซลล์เงนิ ก. ถ่านไฟฉาย หรอื เซลลแ์ ห้งหรอื เซลลเ์ ลอคลงั เช ถ่านไฟฉาย ประกอบด้วย แท่งแกรไฟตอ์ ยูต่ รงกลางเป็นข้ัวแคโทด มอี เิ ล็กโทรไลต์ซ่ึงเป็นส่วนผสม ของแมงกานีส (IV) ออกไซด์ (MnO2) แอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl) ซิงค์คลอไรด์ (ZnCl2) ของผสมชื้น เช่น แปง้ เปยี ก ผงคารบ์ อน และน้ำคลุกเคล้าอยดู่ ้วยกนั ในลกั ษณะเปน็ อเิ ล็กโทรไลต์ชื้นเหนยี วขน้ เพ่ือทำให้ รัว่ ออกมาได้ยาก สารทง้ั หมดบรรจุอยู่ในกล่องเซลลท์ ำด้วยโลหะสงั กะสี ดา้ นนอกกลอ่ งอาจหุ้มด้วยกระดาษ แผ่นพลาสตกิ หรอื โลหะสแตนเลสเพือ่ กันไมใ่ หส้ ารภายในรวั่ ไหลออกมา ดา้ นบนของแท่งแกรไฟต์ครอบดว้ ย โลหะสังกะสีอีกชิ้นหนึ่ง ส่วนด้านล่างของกล่องมีแผ่นสังกะสีทำหน้าที่เป็นขั้วแอโนด ส่วนประกอบ ของถ่านไฟฉาย ดงั ภาพท่ี 7.3 + () () - MnO2 NH4Cl2 ภาพที่ 7.3 ส่วนประกอบของถา่ นไฟฉาย ทีม่ า : www.myfirstbrain.com ( สบื ค้นเม่ือ 25 พ.ย. 2564 ) เม่อื ตอ่ ขว้ั แอโนดกบั ข้วั แคโทดครบวงจรจะเกดิ การเปล่ียนแปลงภายในเซลล์ดังนี้ ทีข่ ว้ั แอโนด Zn ถกู ออกซไิ ดซก์ ลายเปน็ Zn2+ Zn(s) Zn2+(aq) +2e- ท่ขี ว้ั แคโทด MnO2 จะถูกรีดิวซ์ ไปเปน็ Mn2O3 2MnO2(s) + 2NH4+ + (aq) + 2e- Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l)

22 ดงั นั้นปฏิกริ ิยารวมจงึ เป็น Zn2+(aq) + Mn2O3(s) + 2NH3(g) + H2O(l) Zn(s) + 2MnO2(s) + 2NH4+ + (aq) แก๊ส NH3 ทเ่ี กดิ ขนึ้ รอบ ๆ แทง่ แกรไฟต์เปน็ ฉนวนไฟฟ้าจะขัดขวางการถ่ายโอนอิเล็กตรอน แต่ Zn2+ ที่เกิดขึ้นสามารถทำปฏิกิริยา กับ NH3 และน้ำ เกิดเป็นสารประกอบเชิงซ้อนของเตตระแอมมีนซิงค์ (II) ไอออน [Zn(NH3)4]2+ และไดแอมมีนไดอาควาซิงค์ (II) ไอออน [Zn(NH3)2(H2O)2]2+ ทำให้ความเข้มข้น ของ Zn2+ ภายในเซลล์เปลี่ยนแปลงน้อยมากจนเกือบคงท่ี ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์จึงคงที่อยู่เป็นเวลานาน เซลลแ์ ห้งน้ีจะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ เม่ือใชเ้ ซลล์นี้ไปนาน ๆ โลหะสังกะสีจะกร่อน ความต่างศักย์ ระหวา่ งขั้วจะลดลงจนเกือบเปน็ ศนู ย์ เรยี กวา่ ถา่ นหมด จากปฏกิ ริ ยิ ารวมจะสังเกตว่ามีน้ำเป็นผลิตภัณฑ์ด้วย ดังนั้นเซลล์ที่เสื่อมสภาพจึงบวมและมีน้ำไหลออกมาทำให้วงจรของเครื่องใช้ไฟฟ้าเกิดสนิม อาจเรียก ถ่านไฟฉายว่า เซลล์แหง้ ตัวอยา่ งถา่ นไฟฉาย ดังภาพท่ี 7.4 ภาพท่ี 7.4 ตวั อยา่ งถ่านไฟฉาย ทมี่ า : http://www.thaigramophone.com/boarddetail.asp?qid=12414 ( สืบค้นเมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) ข. เซลล์แอลคาไลน์ ( Alkaline Cell ) เซลล์แอลคาไลน์ เป็นเซลล์ที่พัฒนาขึ้นมาจากเซลล์แห้งหรือเซลล์เลอคังเซ มีส่วนประกอบ ของเซลล์เช่นเดียวกัน แต่มีสิ่งที่แตกต่างกัน คือ ใช้สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) หรือ สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) เป็นอิเล็กโทรไลต์จึงมีชื่อว่า เซลล์แอลคาไลน์ ( แอลคาไลน์ หมายความว่า มีสมบัติเป็นเบส ) ใช้กับกล้องถ่ายรูป เครื่องเล่นวีซีดีแบบพกพา ส่วนประกอบของเซลล์ แอลคาไลน์ ดังภาพที่ 7.5

23 + () () - MnO2 KOH ภาพที่ 7.5 ส่วนประกอบของแอลคาไลน์ เมอื่ ต่อข้ัวไฟฟ้าครบวงจร ปฏิกิรยิ าทเ่ี กดิ ขนึ้ ภายในเซลลเ์ ปน็ ดังนี้ ท่ขี ั้วแอโนด Zn ถกู ออกซไิ ดซ์ Zn(s) + OH-(aq) ZnO(s) + 2e- ทข่ี วั้ แคโทด MnO2 ถกู รีดิวซ์ ไปเปน็ Mn2O3 2MnO2(s) + H2O(l) + 2e- Mn2O3(s) + 2OH-(aq) ดงั นน้ั ปฏิกิรยิ ารวมจึงเปน็ Zn(s) + 2MnO2(s) ZnO(s) + Mn2O3(s) เซลล์แอลคาไลน์ให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แต่ให้กระแสไฟฟ้าได้มากกว่าและนานกว่า เซลล์แห้งเพราะอเิ ล็กโทรไลตม์ ีความเข้มข้นคงที่ เนื่องจากน้ำและไฮดรอกไซด์ไอออนที่เกดิ ขึน้ ในปฏิกิริยา หมุนเวียนกลับไปเป็นสารต้งั ตน้ ของปฏกิ ิรยิ าได้อีก ตัวอย่างเซลล์แอลคาไลน์ ดงั ภาพท่ี 7.6 ภาพท่ี 7.6 ตวั อยา่ งถ่านแอลคาไลน์ ท่มี า : http://m.itruemart.com ( สืบค้นเม่ือ 25 พ.ย. 2564 )

24 ค. เซลล์ปรอท ( Mercury Cell ) เซลล์ปรอท เป็นเซลล์ที่มีส่วนประกอบคล้ายกับเซลล์แอลคาไลน์ แต่มีเมอร์คิวรี (II) ออกไซด์แทน แมงกานีส (IV) ออกไซด์ และใช้แผ่นเหล็กเป็นขั้วแคโทด ส่วนอิเล็กโทรไลต์ คือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ หรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ผสมกับซงิ ค์ไฮดรอกไซด์ (Zn(OH)2) ส่วนประกอบของเซลล์ปรอท ดงั ภาพที่ 7.7 () () KOH Zn(OH)2 HgO ภาพที่ 7.7 สว่ นประกอบของเซลล์ปรอท ที่มา : http://www.il.mahidol.ac.th ( สบื ค้นเม่อื 25 พ.ย. 2564 ) เซลล์ปรอทเปน็ เซลล์ท่มี ีขนาดเล็กใช้กนั มากในเคร่ืองฟงั เสียงสำหรับคนหูพิการ หรอื ใช้ในอุปกรณ์อ่นื เช่น นาฬิกาขอ้ มือ เครื่องคดิ เลข เซลลน์ ี้ให้ศักย์ไฟฟา้ 1.3 โวลต์ มีปฏิกิริยาเคมีดงั นี้ ทข่ี ้วั แอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ZnO(s) + H2O(l) + 2e- ท่ขี ว้ั แคโทด Hg(l) + 2OH-(aq) HgO(s) + H2O(l) + 2e- ZnO(s)+Hg(l) ปฏิกริ ิยารวม Zn(s) + HgO(s) ข้อดีของเซลล์ปรอทคือสามารถให้ศักย์ไฟฟ้าเกือบคงที่ตลอดอายุการใช้งาน มีราคาแพงกว่า เซลล์แห้งทั่วไป แต่มีข้อเสียคือเมื่อเซลล์เสื่อมสภาพ ปรอทกำจัดทิ้งได้ยากและเป็นพิษต่อสิ่งแวดล้อม ตวั อยา่ งเซลลป์ รอท ดังภาพท่ี 7.8

25 ภาพท่ี 7.8 ตวั อยา่ งเซลลป์ รอท ทีม่ า : http://www.promma.ac.th ( สืบค้นเมอื่ 25 พ.ย. 2564 ) ง. เซลล์เงิน เซลล์เงิน เป็นเซลล์ที่มีส่วนประกอบและหลักการเกิดปฏิกิริยาคล้ายกับเซลล์แอลคาไลน์ คือ ใช้สังกะสีเป็นขั้วแอโนดและแผ่นเหล็กที่สัมผัสกับซิลเวอร์ออกไซด์เป็นขั้วแคโทด ส่วนประกอบ ของเซลลเ์ งนิ ดงั ภาพท่ี 7.9 () () Ag2O KOH Zn(OH)2 ภาพท่ี 7.9 สว่ นประกอบของเซลลเ์ งิน ปฏกิ ริ ิยาทเ่ี กดิ ขน้ึ ในเซลล์เงินเปน็ ดงั นี้ ZnO(s) + H2O(l) + 2e- ที่ขว้ั แอโนด Zn(s) + 2OH-(aq) ท่ขี ้ัวแคโทด Ag2O(s) + 2OH-(aq) 2AgO(s) + H2O(l) + 2e-

26 ปฏกิ ิริยารวม ZnO(s) + Ag2O(s) Zn(s) + 2AgO(s) เซลล์เงินมีศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ มีขนาดเล็ก และมีอายุการใชง้ านได้นานแต่มีราคาแพง ใชก้ ับกล้องถา่ ยรูป เครอื่ งตรวจการเต้นของหวั ใจ และเครอ่ื งช่วยฟัง เป็นต้น (2) เซลลท์ ตุ ิยภมู ิ เซลลท์ ตุ ิยภมู ิ เป็นเซลล์กลั วานิกประเภทหนึ่งท่ีปฏิกริ ิยาในเซลล์สามารถย้อนกลับได้โดยการประจุ ไฟใหม่แล้วสามารถนำกลับมาใช้ได้อีก เช่น เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม ซึง่ มรี ายละเอียดดงั น้ี ก. เซลล์สะสมไฟฟา้ แบบตะก่วั เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เป็นแหล่งพลังงานในรถยนต์หรือจักรยานยนต์ เรียกชื่อทั่วไปว่า แบตเตอรี่ ประกอบดว้ ยเซลล์ไฟฟา้ หลาย ๆ เซลล์ต่อกันแบบอนกุ รม ในแตล่ ะเซลลป์ ระกอบด้วยแผ่นตะก่ัว เป็นขั้วแอโนดและเลด (IV) ออกไซด์ ทีเ่ คลอื บบนผิวตะกั่วเป็นขวั้ แคโทด ใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ร้อยละ 30 – 38 โดยมวล และเป็นอิเลก็ โทรไลต์ แบตเตอรที่ ่ีใช้ในรถยนตป์ ระกอบดว้ ยเซลลไ์ ฟฟ้า 6 เซลล์ ในแต่ละเซลล์มีศักย์ไฟฟ้า 2 โวลต์ ดังนั้นแบตเตอรี่ในรถยนต์มีศักย์ไฟฟ้า 12 โวลต์ ตัวอย่างแบตเตอรี่ ในรถยนต์ ดงั ภาพที่ 7.10 ภาพท่ี 7.10 ตวั อย่างแบตเตอรีใ่ นรถยนต์ ท่มี า : http://www.gsbattery.co.th ( สบื คน้ เมอ่ื 25 พ.ย. 2564 ) เมื่อมีการอัดไฟครั้งแรก แผ่นตะกั่วที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ ( ขั้วแอโนด ) จะถูกออกซิไดซ์ เป็นเลด (II) ไอออน ดงั สมการ Pb(s) Pb2+(aq)+2e-

27 เมื่อรวมกับออกซิเจนทเ่ี กิดขนึ้ จะกลายเป็นเลด(IV) ออกไซด์ Pb2+(aq) + O2(g) PbO2(s) ดังนั้นที่ขั้วแคโทด (ขั้วบวก) แผ่นตะกั่วจะถูกเปลี่ยนเป็นเลด (IV) ออกไซด์ขั้วไฟฟ้าจึงแตกตา่ งกนั ทำให้สามารถเกดิ กระแสไฟฟ้าไดห้ รือจ่ายไฟได้นัน่ เอง การจ่ายไฟเกดิ ขึน้ ดงั สมการ ขัว้ แอโนดหรือขวั้ ลบ PbSO4(s)+2e- Pb(s) + SO42-(aq) PbSO4(s) + 2H2O(l) ขัว้ แคโทดหรอื ขั้วบวก PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วแอโนดหรือขั้วลบผ่านวงจรภายนอกไปยังขั้วแคโทดหรือขั้วบวก จากสมการจะเกิดผลิตภัณฑ์ PbSO4(s) ขึ้นเหมือนกัน ดังนั้นเมื่อใช้แบตเตอรี่ไประยะหนึ่ง ความต่างศักย์ จะลดลง และจะลดลงไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งเป็นศูนย์ ทั้งนี้เนื่องจากขั้วไฟฟ้าทั้งคู่เหมือนกัน จึงไม่มี ความแตกตา่ งของศักย์ไฟฟา้ ระหวา่ งขั้วทั้งสอง ปฏกิ ิรยิ าของเซลล์ข้างบนผันกลบั ได้ ดงั นนั้ ถ้าตอ้ งการให้เกิดการผันกลบั จงึ ตอ้ งมีการประจุไฟใหม่ โดยการต่อขั้วบวกของเซลล์กับขั้วบวกของแบตเตอรี่และขั้วลบกับขั้วลบของแบตเตอรี่ปฏิกิริยาข้างบน จะเปลี่ยนทิศทางจากขวาไปซ้าย ในลักษณะนี้เลด (II) ซัลเฟตที่ขั้วลบจะเปล่ียนเป็นตะกั่ว ส่วนอีกข้ัว เลด (II) ซลั เฟตจะเปลย่ี นเปน็ เลด (IV) ออกไซด์ในสมการ ข้ัวแอโนดหรือขั้วบวก PbO2(s) + SO42-(aq) + 4H+(aq) + 2e- PbSO4(s) + 2H2O(l) Pb(s) + SO42-(aq) ขั้วแคโทดหรือขวั้ ลบ PbSO4(s) + 2e- จากปฏิกิริยาในขณะที่มีการจ่ายไฟฟ้า ความเข้มข้นของกรดจะลดลงเรื่อย ๆ จากปกติที่มี ความถ่วงจำเพาะประมาณ 1.25 ถึง 1.30 ตามอุณหภูมิในขณะนั้น ๆ เมื่อใดมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1.20 ทอี่ ุณหภมู ขิ องห้องควรจะมีการประจไุ ฟใหม่ สว่ นประกอบของแบตเตอรใี่ นรถยนต์ ดงั ภาพท่ี 7.11

28 Pb PbO2 ภาพที่ 7.11 สว่ นประกอบของแบตเตอรี่ในรถยนต์ ทีม่ า : http://www.il.mahidol.ac.th ( สบื ค้นเมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) ข. เซลลน์ ิกเกลิ - แคดเมยี ม เซลล์นิกเกิล – แคดเมียม หรือเซลล์นิแคด ( Nickel-Cadmium Cell ) มีโลหะแคดเมียม เป็นขั้วแอโนด และใช้สารประกอบของนิกเกิล (III) เช่น นิกเกิลออกไซด์ไฮดรอกไซด์ (NiO(OH) ที่ฉาบอยู่ บนโลหะนิกเกิลเป็นขั้วแคโทด โดยมีสารละลายเบส คือ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกริ ยิ าทเ่ี กิดการจ่ายไฟเปน็ ดงั น้ี ทข่ี ัว้ แอโนด Cd(OH)2(s) + 2e- Cd(s) + 2OH-(aq) Ni(OH)2(s) + 2OH-(aq) Cd(OH)2(s) + Ni(OH)2(s) ที่ข้ัวแคโทด NiO2(s) + 2H2O(l) + 2e- ปฏิกริ ยิ ารวม Cd(s) + NiO2(s) + 2H2O(l) เซลล์นิกเกิล – แคดเมียม ให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.2 โวลต์เมื่อใช้งานศักย์ไฟฟ้าจะต่ำลงเรื่อย ๆ จนหมด ต้องนำไปประจไุ ฟใหม่จึงสามารถนำกลบั มาใชไ้ ด้อกี ปฏกิ ริ ยิ าระหว่างประจุไฟจะเกดิ การย้อนกลับ กับปฏิกิริยาการจ่ายไฟ นิยมใช้กับเครื่องคิดเลขของกล้องถ่ายรูป ข้อดี คือ มีขนาดเล็กและใช้งานได้นาน แตเ่ ม่ือเสือ่ มสภาพต้องทิง้ ซ่งึ แคดเมียมเป็นโลหะมพี ษิ ตัวอยา่ งเซลลน์ กิ เกลิ – แคดเมียม ดังภาพท่ี 7.12

29 ภาพที่ 7.12 ตัวอยา่ งเซลล์นกิ เกิล – แคดเมยี ม ทีม่ า : https://th.wikipedia.org ( สบื ค้นเม่ือ 25 พ.ย. 2564 ) ค. เซลล์ลิเทยี ม – ไอออนพอลิเมอร์ เซลล์ลิเทียม – ไอออนพอลิเมอร์ เป็นเซลล์ที่มีลิเทียมเปอร์แมงกาเนต (LiMnO4) หรือ ลิเทียม โคบอลต์ออกไซด์ (LiCoO2) เป็นขั้วแอโนด แท่งแกรไฟต์เป็นขั้วแคโทด และมีอิเล็กโทรไลต์เป็นพอลิเมอร์ เช่น พอลิเอทลิ นี ออกไซด์ ( polyethylene oxide ) ผสมกับเกลอื ลเิ ทียม เชน่ เฮกซะฟลโู ลฟอสเฟตลิเทียม (LiPF6) ปฏิกิรยิ าท่เี กดิ ข้นึ เป็นดังน้ี ทขี่ ั้วแอโนด 6C + xLi+ LixC6 ที่ขว้ั แคโทด LiCoO2 Li1-x CoO2 + xLi+ + xe- ปฏกิ ิริยารวม Li1-x + CoO2 + LixC6 6C + LiCoO2 เซลล์ลิเทียม – ไอออนพอลิเมอร์อาจให้ศักย์ไฟฟ้าสูงถึง 3 โวลต์ มีน้ำหนักเบา จึงนิยมใช้กับ โทรศัพท์มอื ถอื คอมพวิ เตอรแ์ บบพกพา ตวั อย่างเซลลล์ ิเทยี ม – ไอออนพอลิเมอร์ ดงั ภาพท่ี 7.13 ภาพท่ี 7.13 ตัวอยา่ งเซลล์ลิเทยี ม – ไอออนพอลิเมอร์ ที่มา : http://www.aliexpress.com/price/li-50b-battery_price.html ( สืบค้นเม่ือ 9 พ.ย. 2564 )

30 7.3.2 เซลลอ์ ิเล็กโทรไลติก เซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลตกิ ( Electrolytic cell ) คือ เซลล์ไฟฟา้ เคมที ่ีเปล่ียนพลงั งานไฟฟา้ เปน็ พลังงานเคมี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้ว จุ่มอยู่ใน สารละลายอเิ ลก็ โทรไลต์ เม่ือผ่านไฟฟ้าจากแหลง่ กำเนดิ ไฟฟา้ กระแสตรงเข้าไปในเซลล์ จะเกดิ ปฏิกริ ิยาเกิดขึ้น ภายในเซลล์ เรียกกระบวนการนี้ว่า อิเล็กโทรลิซิส ( Electrolysis ) หรือกระบวนการแยกสลายด้วยไฟฟ้า และเรียกเซลล์ไฟฟา้ เคมีน้ีว่า เซลล์อเิ ล็กโทรไลติก ส่วนประกอบของเซลล์อเิ ล็กโทรไลติก ดังภาพท่ี 7.14 () () ภาพท่ี 7.14 สว่ นประกอบของเซลลอ์ เิ ล็กโทรไลติก ท่มี า : www.myfirstbrain.com ( สืบค้นเมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) เซลล์อิเล็กโทรไลติกต่างจากเซลล์กัลวานิกตรงขั้วไฟฟ้าเท่านั้น เมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าตรงลงใน น้ำกลั่นที่หยดสารละลายกรดซัลฟิวริกลงไป 2 – 3 หยด พบว่ามีฟองแกส๊ เกดิ ขึน้ ที่ข้ัวไฟฟ้าทั้งสอง โดยขว้ั ที่ต่อกับขั้วลบของแบตเตอร่ีมแี ก๊สไฮโดรเจนท่ีติดไฟได้มีปริมาณมากกว่าแก๊สออกซิเจนท่ีขั้วบวกซึ่งช่วยให้ ไฟตดิ ปฏกิ ริ ยิ าท่ีข้ัวไฟฟ้าท้งั สองเป็นดังนี้ ขั้วแคโทด เปน็ ขั้วทต่ี ่อเข้ากบั ขว้ั ลบ ของแหล่งกำเนิดไฟฟา้ เกิดปฏกิ ริ ิยา รีดกั ชนั (รบั อเิ ล็กตรอน) 2H+(aq) + 2e- H2(g) ขว้ั แคโทด เป็นขั้วท่ตี อ่ ขา้ กับ ขั้วลบ ของแหล่งกำเนิดไฟฟ้าเกดิ ปฏิกิรยิ า รีดักชัน (รับอเิ ลก็ ตรอน) H2O(l) 1 O2(g) + 2H+(aq) + 2e- 2 ปฏกิ ริ ิยารวม H2O(l) H2(g) + 1 O2(g) 2 หลักการของเซลลอ์ ิเลก็ โตไลตกิ นำไปใช้ประโยชน์ทางอตุ สาหกรรม เชน่ การแยกสารเคมีดว้ ยไฟฟ้า การชุบโลหะและการทำโลหะใหบ้ รสิ ทุ ธิ์

31 1. การแยกสารทหี่ ลอมเหลวดว้ ยกระแสไฟฟ้า สารไอออนิกจะเกิดการหลอมเหลว เมื่อได้รับความร้อนจนถึงจุดหลอมเหลว ทำให้ไอออนบวก และไอออนลบที่เป็นองค์ประกอบของสารเหล่านี้มีอิสระในการเคลื่อนที่ และนำไฟฟ้าได้ เมื่อผ่าน กระแสไฟฟ้าเข้าไปจะเกิดปฏิกิริยารดี ักชันและออกซิเดชันทีข่ ั้วไฟฟา้ เช่น การแยกสารแคลเซียมคลอไรด์ (CaCl2) ทหี่ ลอมเหลวดว้ ยกระแสไฟฟา้ ดังภาพที่ 7.15 + Battery - e- e- Cl- Ca2+ ทห่ี CลอaCมเlห2 ลว ภาพที่ 7.15 การแยก CaCl2 ท่หี ลอมเหลวดว้ ยกระแสไฟฟ้า ทีม่ า : http://www.promma.ac.th ( สบื คน้ เมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) ในการแยก CaCl2 ที่หลอมเหลวดว้ ยกระแสไฟฟา้ ปฏกิ ิรยิ าท่ีเกดิ ขึ้นเป็นดงั นี้ แคโทด แคลเซียมไอออนเกดิ ปฏิกิรยิ ารดี กั ชนั ดงั สมการ Ca2+(l) + 2e- Ca(s) แอโนด คลอไรด์ไอออนเกิดปฏกิ ริ ยิ าออกซิเดชนั ดงั สมการ 2Cl-(l) Cl2(g) + 2e- ปฏิกิริยารวม Ca2+(l) + 2Cl-(l) Ca(s) + Cl2(g) สำหรับสารละลายของสารประกอบไอออนิกทีม่ ีความเข้มข้นมากและมีน้ำอยู่นอ้ ย เมื่อนำไปแยก ด้วยกระแสไฟฟ้าจะเกดิ ปฏิกิรยิ าข้ึนเชน่ เดยี วกบั การแยกสารท่หี ลอมเหลว

32 2. การชุบด้วยไฟฟา้ การชุบดว้ ยไฟฟ้า เปน็ หลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลติกสามารถนำไปใช้ในการทำให้โลหะชนิดหนึ่ง เคลือบอย่บู นผวิ ของโลหะอีกชนดิ หนงึ่ ได้ซง่ึ เรยี กว่า การชุบด้วยไฟฟา้ ( electroplating ) เชน่ การชบุ โลหะ การชุบชอ้ นโลหะดว้ ยเงนิ เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไปในเซลล์ ไอออนของโลหะในสารละลายที่มีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าน้ำ จะรับอเิ ลก็ ตรอนจากวัตถุ ( ชน้ิ งาน ) ทีต่ ่ออยกู่ ับขว้ั ลบของเคร่อื งกำเนิดไฟฟ้าหรือแคโทด เกิดเป็นอะตอม ของโลหะเคลือบติดอยู่ที่ผิวของวัตถุที่นำมาชุบ ขณะเดียวกันโลหะที่ขั้วบวกหรือแอโนดจะเกิดปฏิกิริยา ออกซิเดชันได้ไอออนของโลหะที่ละลายอยู่ในสารละลาย เพื่อชดเชยไอออนของโลหะที่เปลี่ยนแปลงไป เป็นอะตอมของโลหะขณะชุบ ดังนั้นแอโนดจะสึกกร่อนไป ส่วนแคโทดจะมีโลหะมาเกาะเพิ่มข้ึน เช่น ชบุ ชอ้ นเหล็กด้วยโลหะเงนิ ดงั ภาพที่ 7.16 Battery e- e- aSnilovdeer Ag+ cSaptohoonde No3- Ag+ ภาพที่ 7.16 การจัดอปุ กรณเ์ พอื่ ชุบชอ้ นเหลก็ ด้วยโลหะเงนิ ทม่ี า : http://www.promma.ac.th ( สืบคน้ เม่อื 25 พ.ย. 2564 ) การชุบช้อนเหล็กด้วยโลหะเงินต้องให้โลหะเงินมาเคลือบบนช้อนเหล็ก ทำได้โดยนำช้อนเหล็ก ไว้กับขั้วลบของแบตเตอรี่ ( เป็นขั้วแคโทด ) จุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ที่มีไออนของโลหะที่ใช้ชุบ คือ Ag+(aq) การจัดเซลลเ์ พื่อชุบโลหะมหี ลกั การดงั นี้ (1) นำวัตถุท่จี ะชบุ ไปต่อเขา้ กบั ข้ัวลบของแบตเตอรี่หรอื แคโทด ส่วนโลหะท่ีเปน็ ตัวชุบตอ่ เขา้ กบั ขว้ั บวกของแบตเตอรี่หรือเป็นแอโนด (2) สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมไี อออนของโลหะชนดิ เดียวกับโลหะที่เป็นแอโนดหรือโลหะท่ีใช้ชุบ (3) ใชไ้ ฟฟ้ากระแสตรงเพอื่ ให้ขัว้ ไฟฟา้ เปน็ ขว้ั บวกและลบคงเดิม

33 3. การทำโลหะใหบ้ ริสทุ ธ์ิโดยใชเ้ ซลลอ์ เิ ล็กโทรไลติก การทำโลหะให้บริสุทธ์ิ มีหลักการ คือใช้โลหะบริสุทธิ์ต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่ ( แคโทด ) และโลหะทไ่ี มบ่ รสิ ุทธต์ิ อ่ เข้ากบั ข้วั บวก ( แอโนด ) ในสารละลายอเิ ล็กโทรไลตต์ ้องมีไอออนของโลหะบริสุทธ์ิ เช่น การทำทองแดงใหบ้ ริสทุ ธ์ิ ดังภาพท่ี 7.17 + - CuSO4 + H2SO4 ภาพที่ 7.17 การทำทองแดงให้บริสทุ ธ์ิ ทมี่ า : www.myfirstbrain.com ( สบื คน้ เมื่อ 25 พ.ย. 2564 ) การทำทองแดงให้บริสุทธิ์ ทำได้โดยนำทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์มาต่อเป็นขั้วแอโนดของเซลล์ และใช้ทองแดงบริสุทธิ์เป็นขั้วแคโทด ขั้วไฟฟ้าทั้งสองจุ่มอยู่ในสารละลายผสมของ CuSO4 และ H2SO4 เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมเข้าไปในเซลล์ Cu2+ ในสารละลายจะรับอิเล็กตรอน ทข่ี ้วั แคโทดเกิดเป็นทองแดงบริสุทธิ์ ขณะเดยี วกันที่ขว้ั แอโนดโลหะทองแดงจะให้อิเล็กตรอนเกิดเป็น Cu2+ ละลายลงไปในสารละลายส่วนโลหะที่เจือปนอยู่กับทองแดง เช่น สังกะสีและเหล็กเป็นโลหะที่สูญเสีย อิเล็กตรอนได้ง่ายกว่าทองแดง จึงถูกออกซิไดส์เป็น Fe2+ และ Zn2+ ปนอยู่ในสารละลาย ส่วนโลหะเงิน ทองคำและแพลทินัม เสียอิเล็กตรอนได้ยากกว่าโลหะทองแดง จะไม่ถูกออกซิไดส์ จึงตกตะกอน อยูท่ ก่ี ้นภาชนะ ปฏกิ ริ ิยาท่ีแคโทดและแอโนดเปน็ ดงั นี้ แคโทด Cu(s) Cu2+ (aq) + 2e- แอโนด Cu(s) Cu2+(aq) + 2e- Fe(s) Fe2+(aq) + 2e- Zn(s) Zn2+(aq) + 2e-

34 โลหะทองแดงที่ได้จากการถลุงจะมีความบริสุทธิ์ไม่เกิน 99% ที่เหลือเป็นสิ่งเจือปน เช่น สังกะสี เหล็ก เงิน และทองคำ จึงมีผลทำให้ทองแดงนำไฟฟ้าได้ลดลง ถ้าต้องการทำให้ทองแดงมีความบริสุทธ์ิ มากขึ้น สามารถนำไฟฟ้าได้ดีขึ้น จะใช้หลักการของเซลล์อิเล็กโทรไลติกเพื่อแยกทองแดงให้บริสุทธิ์ได้ถงึ 99.95% เซลล์กัลวานิกและเซลล์อิเล็กโทรไลติกเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมี ที่มีความแตกต่างกันหลายประการ ดงั ตารางท่ี 7.2 ตารางที่ 7.2 เปรยี บเทยี บความแตกต่างของเซลล์กลั วานิกและเซลล์อเิ ล็กโทรไลตกิ เซลลก์ ัลวานกิ เซลลอ์ ิเล็กโทรไลตกิ 1. จากปฏิกริ ิยาเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า 1. จากพลังงานไฟฟ้าเป็นปฏิกริ ิยาเคมี 2. เปน็ ปฏิกริ ิยาท่สี ามารถเกดิ ขน้ึ ไดเ้ อง 2. เปน็ ปฏิกิริยาท่ีไม่สามารถเกิดขึน้ ได้เอง ตอ้ งใช้ พลงั งานไฟฟา้ ทำใหเ้ กดิ ปฏกิ ริ ยิ า 3. คา่ ศักยไ์ ฟฟ้าของเซลล์ ( E˚) เป็นบวกเสมอ 3. ค่าศักยไ์ ฟฟ้าของเซลล์ ( E˚) เปน็ ลบ 4. ขั้วแอโนดเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันเป็นขั้วลบ 4. ข้วั แอโนดเกดิ ปฏิกริ ยิ าออกซิเดชนั เป็นขั้วบวก ข้ัวแคโทดเกิดปฏกิ ริ ยิ ารีดกั ชันเป็นขั้วบวก ข้ัวแคโทดเกดิ ปฏิกิรยิ ารดี กั ชันเป็นขั้วลบ

35 ใบกิจกรรมท่ี 7.2 การถา่ ยโอนอเิ ล็กตรอนในเซลล์กัลวานิก จดุ มุ่งหมาย จำนวน 1. ทำการทดลองเพอ่ื ศึกษาการถ่ายโอนอเิ ลก็ ตรอนในเซลลก์ ัลวานกิ ได้ 10 cm3 2. บอกทศิ ทางการถา่ ยโอนอเิ ลก็ ตรอนในเซลล์กัลวานกิ ได้ 20 cm3 3. บอกได้วา่ ครงึ่ เซลล์ใดเกิดปฏกิ ิรยิ าออกซิเดชันหรือปฏิกิริยารดี ักชนั ได้ 20 cm3 4. บอกหน้าท่ขี องสะพานเกลือ 20 cm3 20 cm3 เวลาท่ีใช้ 2 ช่ัวโมง 1 ช้ิน 1 ชิน้ วสั ดุอุปกรณแ์ ละสารเคมี 1 ชิ้น รายการ 1 ชิ้น 4 ใบ 1. สารละลายโพแทสเซยี มในเตรดอ่ิมตวั 1 เครอ่ื ง 2. สารละลายคอปเปอร์ (II) ซลั เฟต 1.0 mol/dm3 3. สารละลายซิงคซ์ ัลเฟต 1.0 mol/dm3 5 ชิ้น 4. สารละลายแมกนเี ซียม 1.0 mol/dm3 2 เส้น 5. สารละลายไอรอ์ อน (II) ซัลเฟต 1.0 mol/dm3 1 ช้นิ 6. ทองแดงขนาด 0.5 cm  5.0 cm 7. แมกนีเซียมขนาด 0.5 cm  5.0 cm 8. สังกะสขี นาด 0.5 cm  5.0 cm 9. เหลก็ ขนาด 0.5 cm  5.0 cm 10. บกี เกอร์ขนาด 50 cm3 11. มิเตอร์วดั ความต่างศกั ย์ของขั้วไฟฟ้าชนดิ ที่มีเลขศนู ยต์ รงกลาง (ไมโครแอมมิเตอร์ – โวลต์มเิ ตอร)์ 12. กระดาษกรองขนาด 1.0 cm  8.0 cm 13. สายไฟพร้อมทเ่ี สียบและคลิปปากจะเข้ 14. กระดาษทรายขนาด 3 cm  3 cm

36 กจิ กรรม 1. จุ่มแผน่ ทองแดงขนาด 0.5 cm  5.0 cm ลงในบกี เกอร์ขนาด 50 cm3 ท่ีมสี ารละลาย CuSO4 1.0 mol/dm3 ปรมิ าตร 20 cm3 เขียนฉลาก Cu(s)|Cu2+(aq) ติดขา้ งบกี เกอร์ และจ่มุ แผน่ สังกะสขี นาด 0.5 cm  5.0 cm ลงในบีกเกอร์ขนาด 50 cm3 ทม่ี ีสารละลาย ZnSO4 1.0 mol/dm3 ปริมาตร 20 cm3 และเขียนฉลาก Zn(s)|Zn2+ ติดขา้ งบกี เกอร์ 2. นำบีกเกอร์ที่มีโลหะจุ่มอยู่ในสารละลายที่เตรียมไว้ในข้อ 1 มาวางชิดกัน ใช้สะพานเกลือ ( ทำจากกระดาษกรองขนาด 1.0 cm  8.0 cm ชุบสารละลายอิ่มตัว KNO3 ) วางพาดบีกเกอร์ทั้งสอง ให้ปลายกระดาษจุ่มในสารละลายของแต่ละบกี เกอร์ 3. ตอ่ แผ่นทองแดงและแผน่ สงั กะสเี ข้ากบั โวลตม์ ิเตอร์ สงั เกตทศิ ทางการเบนของเข็มโวลตม์ เิ ตอร์ และอา่ นคา่ ความต่างศกั ย์ 4. สลับขัว้ ของโวลตม์ เิ ตอร์ สังเกตการเบนของเขม็ โวลต์มเิ ตอรแ์ ละอ่านค่าความต่างศักย์ 5. ใช้หลอดไฟขนาด 1.0 V มาต่อกับขั้วทองแดง และขั้วสังกะสีแทนโวลต์มิเตอร์ สังเกต การเปล่ียนแปลง 6. ทำการทดลองเช่นเดยี วกบั ขอ้ 1 – 4 แต่ใชค้ รึ่งเซลลค์ ูต่ ่อไปนี้ และเปล่ียนสะพานเกลือใหม่ทกุ ครง้ั Zn(s)|Zn2+(aq) กับ Mg(s)|Mg2+(aq) Cu(s)|Cu2+(aq) กับ Fe(s)|Fe2+(aq) Zn(s)|Zn2+(aq) กบั Fe(s)|Fe2+(aq) Fe(s)|Fe2+(aq) กบั Mg(s)|Mg2+(aq) ตารางบันทกึ ผลกจิ กรรม การถา่ ยโอนอเิ ล็กตรอนในเซลลก์ ัลวานิก คร่ึงเซลลท์ นี่ ำมาต่อกนั ข้ัวโลหะที่เขม็ ของ ความต่างศักย์ ( V ) มเิ ตอร์เบนเขา้ หา ( คา่ ประมาณ ) Cu(s)|Cu2+(aq) กบั Zn(s)|Zn2+(aq) Zn(s)|Zn2+(aq) กับ Mg(s)|Mg2+(aq) Cu(s)|Cu2+(aq) กบั Fe(s)|Fe2+(aq) Zn(s)|Zn2+(aq) กบั Fe(s)|Fe2+(aq) Fe(s)|Fe2+(aq) กบั Mg(s)|Mg2+(aq)

37 สรปุ ผลกจิ กรรม ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... ......................................................................................................................................................................... คำถามท้ายการทดลอง 1. เมื่อต่อวงจรไฟฟา้ ระหวา่ งครงึ่ เซลลแ์ ตล่ ะคู่ มีการถ่ายโอนอิเลก็ ตรอนเกิดข้นึ หรือไม่ ทราบได้อย่างไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 2. ครง่ึ เซลล์ทีน่ ำมาต่อกันแต่ละคนู่ นั้ คร่ึงเซลล์ใดเกิดปฏกิ ริ ิยาออกซเิ ดชันและครึ่งเซลล์ใดเกิดปฏกิ ริ ยิ ารดี ักชัน .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... 3. สะพานเกลอื ทำหนา้ ท่ีอะไร .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... .................................................................................................................................................................... ....................................................................................................................................................................

38 กิจกรรมการเรยี นรู้ที่ 7.2 1. จงบอกความหมายของเซลล์ไฟฟา้ เคมี .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 2. จงบอกองค์ประกอบหลกั ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 3. เซลล์ไฟฟา้ เคมี แบง่ ได้กีป่ ระเภทหลัก อะไรบา้ ง .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 4. คร่ึงเซลล์ หมายถึงอะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 5. ขว้ั ไฟฟา้ ในเซลลก์ ัลวานกิ หมายถงึ อะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 6. ขว้ั แอโนดในเซลลก์ ัลวานิก หมายถงึ อะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 7. ข้ัวแคโทดในเซลล์กัลวานกิ หมายถึงอะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................

39 8. จงบอกหลกั การเขยี นแผนภาพเซลล์กัลวานกิ .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 9. คร่ึงเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐาน หมายถงึ อะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 10. ศกั ย์ไฟฟา้ มาตรฐานของเซลล์ หมายถึงอะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 11. คา่ ศักย์ไฟฟา้ มาตรฐานเป็นบวก แปลความหมายได้ว่าอย่างไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. 12. จงบอกความแตกต่างระหว่างเซลล์ปฐมภมู ิกับเซลล์ทุตยิ ภูมิ .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................

40 13. จงเปรียบเทยี บถา่ นไฟฉายกับเซลล์แอลคาไลนใ์ นหวั ขอ้ ตอ่ ไปน้ี ประเดน็ เปรียบเทียบ ถา่ นไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ ก. ส่วนประกอบของเซลล์ ขวั้ แอโนด ข้วั แคโทด อเิ ลก็ โทรไลต์ ข. ปฏิกริ ยิ าท่ีขวั้ แอโนด ปฏกิ ริ ิยาทข่ี ั้วแคโทด ค. ศกั ย์ไฟฟ้าของเซลล์ ง. อายกุ ารใชง้ าน 14. จงเตมิ คำหรือขอ้ ความลงในชอ่ งว่างของตาราง ชนิดของเซลล์ สารท่ีใช้เปน็ สว่ นประกอบ ปฏิกิรยิ ารวม แอโนด แคโทด อิเล็กโทรไลต์ เซลลป์ รอท เซลล์เงนิ 15. จงเปรยี บเทยี บเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกัว่ กบั เซลลน์ กิ เกิล – แคดเมียม ในหวั ขอ้ ตอ่ ไปนี้ ประเด็นเปรยี บเทียบ เซลลส์ ะสมไฟฟ้าแบบตะก่วั เซลล์นกิ เกิล – แคดเมียม ก. ขวั้ แอโทด ข. ขัว้ แคโทด ค. ปฏิกิรยิ ารวม ง. การนำไปใชป้ ระโยชน์ จ. ข้อดีและขอ้ เสีย 16. กระบวนการอิเลก็ โทรลิซิส หมายถงึ อะไร .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. .................................................................................................................................................................. ..................................................................................................................................................................

41 แบบฝึกหัดท้ายหน่วยที่ 7 1. จงพจิ ารณาว่าปฏกิ ริ ยิ าทก่ี ำหนดให้ เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ หรือไม่ เพราะอะไร 1.1 2HCl(aq) + Na2CO3(aq) 2NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(g) .............................................................................................................................................................. 1.2 2HCl(aq) + Na2S2O3(aq) 2NaCl(aq) + SO2(g) + H2O(l) + S(s) .............................................................................................................................................................. 1.3 HCO3-(aq) + OH-(aq) H2O(l) + CO32-(g) .............................................................................................................................................................. 2. จงดลุ สมการตอ่ ไปน้โี ดยใชเ้ ลขออกซเิ ดชนั Al(s) + H+(aq) Al3+(aq) + H2(g) ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................

42 3. จงดลุ สมการต่อไปนโี้ ดยใช้คร่ึงปฏิกิริยา MnO2(s) + Fe2+(aq) + H+(aq) Mn2+(aq) + Fe3+(aq) + H2(g) ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 4. เซลลก์ ัลวานิก คืออะไร แบ่งได้ก่ีประเภท อะไรบ้าง ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................

43 5. จงเขยี นแผนภาพเซลลก์ ัลวานิกจากปฏกิ ิริยารีดอกซท์ กี่ ำหนดให้ต่อไปนี้ 5.1 Zn(s) + Pb2+(aq) Zn2+(aq) + Pb(g) ............................................................................................................................................................... ............................................................................................................................................................... 5.2 2Cr(s) + 3Fe2+(aq) 2Cr3+(aq) + 3Fe(s) .............................................................................................................................................................. .............................................................................................................................................................. 6. ถ้านำครึ่งเซลล์ Al(s)|Al3+(aq, 1 mol/dm3) กับครึ่งเซลล์ Cu(s)|Cu2+ (aq, 1 mol/dm3) ท่ีอุณหภูมิ 25 องศาเซลเซียส มาต่อกันเป็นเซลล์กัลวานิก จงพิจารณาว่าปฏิกิริยารีดอกซเ์ กิดขึน้ เองได้หรือไม่ โดยศักยไ์ ฟฟา้ มาตรฐานของครึง่ เซลล์จากตารางข้อมูลเปน็ ดงั น้ี Al3+(aq) + 3e- Al(s) E˚ = -1.66 V Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) E˚ = +0.34 V ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 7. เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ คอื อะไร ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... 8. เซลล์ไฟฟ้าเคมี มีการนำไปใช้ประโยชน์อะไรบ้าง และหลังการใช้เซลล์ไฟฟ้าเคมีเหล่านี้แล้ว หรือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีหมดพลังงานไฟฟ้าแล้ว นักศึกษามีวิธีการบริหารจัดการเซลล์ไฟฟ้าเคมีเหล่านี้อย่างไร เพือ่ ป้องกันการเกิดผลกระทบต่อส่งิ แวดล้อม ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ................................................................................................................................................................... ...................................................................................................................................................................

44 บรรณานกุ รม คลงั ความรู้. เซลลก์ ลั วานิก. [ออนไลน์] เข้าถงึ ได้จาก http://aandchem.blogspot.com /2011/02/blog-post_3505.html [2564, พฤศจิกายน 2] จเี อสแบตเตอรี.่ แบตเตอรีร่ ถยนต์. [ออนไลน์] เข้าถึงไดจ้ าก http://www.gsbattery.co.th [2564, พฤศจิกายน 2] ชลธชิ า เหลก็ กลา้ และปรู ดิ า สุขรนื่ . วิทยาศาสตร์เพื่องานไฟฟ้าและการส่อื สาร. นนทบุรี : ศูนย์หนังสือ เมอื งไทย จำกัด, 2558. ไทยแกรมโมโฟน. ถา่ นไฟฉาย. [ออนไลน์] เข้าถงึ ไดจ้ าก http://www.thaigramophone.com /boarddetail.asp?qid=12414 [2564, พฤศจกิ ายน 2] โรงเรียนพรหมานสุ รณ์. เคมีไฟฟ้า. [ออนไลน์] เข้าถงึ ไดจ้ าก http://www.promma.ac.th [2564, พฤศจิกายน 2 วกิ พิ เี ดีย. เซลล์นิกเกลิ – แคดเมยี ม. [ออนไลน์] เข้าถงึ ได้จาก https://th.wikipedia.org [2564, พฤศจกิ ายน 2] สถาบนั นวัตกรรมการเรยี นรู้. คา่ ศกั ย์ไฟฟา้ มาตรฐานของครงึ่ เซลลร์ ดี กั ชัน. [ออนไลน์] เขา้ ถงึ ไดจ้ าก http://www.il.mahidol.ac.th/e-media/electrochemistry [2564, พฤศจิกายน 2] ____________. เซลล์ทตุ ิยภูม.ิ [ออนไลน์] เขา้ ถงึ ไดจ้ าก http://www. il.mahidol.ac.th/e-media /electrochemistry [2564, พฤศจกิ ายน 2] สถาบนั ส่งเสรมิ การสอนวทิ ยาศาสตรแ์ ละเทคโนโลยี (สสวท.) หนงั สอื เรียนรายวิชาเพิ่มเติม เคมี เลม่ 4. กรุงเทพฯ : โรงพิมพ์ สกสค. ลาดพร้าว, 2556. สุด ปลื้มใจ. วทิ ยาศาสตรเ์ พื่องานไฟฟา้ และการสอ่ื สาร. กรงุ เทพฯ : สำนกั พิมพศ์ ูนย์สง่ เสรมิ อาชีวะ, 2558. สเุ ทพ สขุ เจรญิ . วิทยาศาสตร์งานไฟฟา้ อิเล็กทรอนิกส์และการสอ่ื สาร. กรุงเทพฯ : สำนกั พมิ พ์ เอมพนั ธ์, 2563. สเุ ทพ สขุ เจริญ. วิทยาศาสตร์เพอ่ื งานไฟฟา้ และการสอื่ สาร. กรงุ เทพฯ : สำนกั พิมพ์เอมพนั ธ์, 2558. เอริเอก็ เพลส. เซลล์ลิเทยี ม – ไอออนพอลเิ มอร์. [ออนไลน์] เขา้ ถงึ ไดจ้ าก http://www.aliexpress.com /price/li-50b-battery_price.html [2564, พฤศจกิ ายน 2] ไอจูนมารท์ . ถ่านแอลคาไลน์. [ออนไลน์] เข้าถึงได้จาก http://m.itruemart.com [2564, พฤศจกิ ายน 2]