ไฟฟ้าเคมี

การป้องกนั การผุกรอ่ นของโลหะ  การทาํ ใหผ้ ิวโลหะไม่ว่องไวปฏิกิรยิ าด้วยกระบวนการ passivation คือ การทําปฏิกริ ิยากับตวั ออกซิไดส์ทีแ่ รง เช่น กรดไนตรกิ ทําให้ เกดิ ชัน้ ออกไซด์บางๆ เคลือบผิวโลหะไว้ 51

การป้องกนั การผุกรอ่ นของโลหะ  การทําใหเ้ ปน็ โลหะผสม หรอื อลั ลอย เชน่ เหล็กกลา้ ไร้สนิม (โลหะ ผสมของเหลก็ กับโครเมียม)  การเคลอื บผิวเหล็กดว้ ยดีบกุ หรือ สังกะสี 52

จงใชค้ ่า E0 อธิบายว่าเมอื เกิดรอยขีดข่วนบนโลหะ ตอ่ ไปนี้ ข้อใดเหลก็ จะผกุ ร่อนเรว็ กว่า (a) เหลก็ ท่ีเคลือบดีบกุ (b) เหลก็ เคลือบสงั กะสี 53

(a) เหล็กที่เคลอื บดบี กุ • เมอ่ื เกดิ รอยขดี ขว่ นบนโลหะ • เหลก็ ผเุ รว็ ข้ึน เพราะ Sn มีศักย์ไฟฟ้ารดี ักชั่นมากกว่า Fe จึงชิง e- จากเหล็กได้ • Anode: Fe  Fe2++2e- E0=-0.44V • Cathode: Sn2++2e- Sn E0=-0.14V • E0cell = (-0.14)-(-0.44) = 0.30 V 54

(b)เหลก็ เคลอื บสังกะสี  เมอ่ื เกดิ รอยขดี ขว่ นบนโลหะ  เหล็กผชุ า้ กว่า เพราะ Zn มีศักยไ์ ฟฟา้ รีดักชนั่ ต่ํากวา่ Fe จงึ เสยี e- แทนเหล็กได้  Anode: Zn  Zn2++2e- E0=-0.76V  Cathode: Fe2++2e- Fe E0=-0.44V  E0cell = (-0.44)-(-0.76) = 0.32 V 55

การปอ้ งกันการผุกรอ่ นของโลหะแบบแคโทดิก  Cathodic protection : ทําโดยใหโ้ ลหะที่ต้องการปอ้ งกันเป็น แคโทด โดยเอาโลหะอีกชนดิ ทม่ี ีคา่ E0 ต่ํากว่าเป็นแอโนด (เสยี e- แทน) เช่น Zinc anode หรือสงั กะสกี ันกร่อนทต่ี ิดไว้บนเหลก็ เพือ่ ป้องกันการผุกรอ่ นของเหลก็ 56

การแยกสลายดว้ ยไฟฟา้ (electrolysis) การแยกสลายด้วยไฟฟา้ เป็น กระบวนการที่ใชพ้ ลังงานไฟฟา้ ทํา ใหเ้ กิดปฏกิ ริ ยิ าเคมี เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ เปน็ อปุ กรณ์ สาํ หรับการแยกสลายด้วยไฟฟ้า การแยกโซเดียมคลอไรด์ดว้ ยไฟฟา้ ข้วั บวก(oxidation) Anode: 2Cl-Cl2(g)+2e- 57 ขัว้ ลบ(reduction) Cathode: 2Na+ + 2e-  2Na(l) Redox: 2Cl- + 2Na+ 2Na(l) + Cl2(g)

การแยกสลายน้าํ ดว้ ยไฟฟา้ ได้ O2ทีข่ ั้ว+(oxidation,anode) 58 ได้ H2ทข่ี ้ัวลบ(reduction,cathode)

การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้ําด้วยไฟฟา้  กรณีนมี้ ีนาํ้ มาเกี่ยวขอ้ งด้วย ตอ้ งพจิ ารณาคา่ E0 เทียบกบั ของนํา้ ว่า จะแยกไดส้ ารอะไรท่แี อโนดและแคโทด  ปฏิกริ ิยาท่ีอาจเกดิ ทีแ่ อโนด คือ (1) 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e- E0 = -(1.36) (2) 2H2O(l) O2(g)+4H+(aq)+4e- E0 = -(1.23)  ค่า E0 ของปฏกิ ิริยาออกซิเดชั่น (2)>(1) แสดงว่า (2) มโี อกาสเกดิ มากกวา่ (1) แตว่ า่ ในการทดลองกลบั เกดิ (1) เพราะ E0 มคี ่า ใกล้เคียงกนั และเราให้ความตา่ งศกั ยเ์ กนิ หรอื โอเวอร์โวลท์เตท จึงเกิด Cl2 แทนท่ีจะเกิด O2 59

การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้ําดว้ ยไฟฟ้า  ปฏิกิรยิ าท่ีอาจเกิดทีแ่ คโทด คอื (3) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) E0 = -0.83 (4) Na+(aq) +e-  Na(s) E0= -2.71  คา่ E0 ของปฏิกิรยิ ารีดกั ชนั่ (3)>(4) แสดงวา่ (3) มโี อกาสเกิดมาก ท่สี ดุ 60

การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้าํ ด้วยไฟฟา้ ปฏิกิริยาทีเ่ กดิ จริง คือ Anode: (1) 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e- 61 Cathode:(4) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) Redox: 2Cl-(aq)+2H2O(l) Cl2(g)+H2(g)+2OH-(aq)

สรปุ การแยกสลายด้วยไฟฟา้  ถ้าเปน็ สารหลอมเหลว เช่น NaCl หลอมเหลว อิออนบวก(Na+) จะรบั e- ที่ข้วั ลบ คือ แคโทด ออิ อนลบ(Cl-) จะให้ e- ทขี่ ัว้ บวก คอื แอโนด  ถ้าเป็นสารละลายจะมีน้าํ เขา้ มาเก่ยี วดว้ ย ตอ้ งเปรียบเทียบคา่ E0 กบั น้าํ วา่ ตัวไหนแรงกว่า จะเกิดปฏิกิรยิ า 62

แบบฝกึ หดั หากเราแยกสลายสารละลาย CuSO4 ในน้าํ ผลิตภณั ฑท์ ่ีเกดิ ที่แอโนดและแคโทดคืออะไร • กําหนดคา่ E0 ดังน้ี  O2(g)+4H+(aq)+4e-  2H2O(l) E0 = +1.23  S2O82-+2e-  SO42-(aq) E0 = +2.01  Cu2+(aq)+2e-  2Cu(s) E0 = +0.34  2H2O(l)+2e-  H2(g)+2OH-(aq) E0 = -0.83 63

แบบฝึกหดั หากเราแยกสลายสารละลาย CuSO4 ในนาํ้ ผลติ ภณั ฑท์ เี่ กดิ ที่แอโนดและแคโทดคอื อะไร CuSO4ทแ่ี Aตnกoตdวั ใeหอ้ Cาuจเ2ก+ิดกปบั ฏSิกOิรยิ 42า-ตอ่ ไปนี้ (ท(12แี่ ))อโน2ดSHOค2O4่า2-(E(la0)q(1))>O(22S()g2)O+842-Hเ+ก+2ดิ(ea(-q1))+4eE- 0E=0 = -(1.23) -(2.01)  ท่ี Cathode อาจเกิดปฏกิ ิรยิ าตอ่ ไปนี้ (3) Cu2+(aq)+2e- 2Cu(s) E0 = +0.34 ท(4่แี )คโท2ดHค2O่า (El0)+(23e)>-(4)H2(g)เ+กิด2O(3H)-(aq) E0 = -0.83 สรุป เกดิ (1) กับ (3) ได้ O2 ท่แี อโนด ได้ Cu ที่แคโทด 64