ไฟฟ้าเคมี

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ สว่ นประกอบของเซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต์ 1. ขวั้ ไฟฟ้ า 2 ขวั้ ขวั้ ที่ต่อกบั ขวั้ บวกของแหล่งกาเนิด  ขวั้ บวก  แอโนด  ออกซิเดชนั ไอออนลบเคลื่อนท่ีเข้ามา ถ่ายเทอิเลก็ ตรอน ขวั้ ที่ต่อกบั ขวั้ ลบของแหล่งกาเนิด  ขวั้ ลบ  แคโทด  รีดกั ชนั ไอออนบวกเคล่ือนที่มารับอเิ ลก็ ตรอน

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ สว่ นประกอบของเซลลอ์ เิ ลก็ โทรไลต์ 2. แหล่งกาเนิดไฟฟ้ า เป็นแหล่งให้พลงั งานของเซลล์ เพื่อให้ปฏิกิริยาท่ีเกิดขึน้ เองไม่ได้สามารถเกิดปฏิกิริยาได้ 3. อเิ ลก็ โทรไลต์ท่ีหลอมเหลวหรือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เป็นสารที่ต้องการแยกสลายด้วยไฟฟ้ า

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า กระบวนการที่เกิดขึน้ เมื่อให้กระแสไฟฟ้ าผ่านลงไปในสารละลาย หรอื สารท่ีกาลงั หลอมเหลว ทาให้อิเลก็ โทรไลตห์ รือตวั ทาละลาย เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ขวั้ ไฟฟ้ า โดยเกิดออกซิเดชนั -รีดกั ชนั ออกซิเดชนั  เกิดที่ขวั้ บวก (แอโนด) ไอออนลบเคลื่อนที่เข้าหาแอโนด เพื่อถ่ายเทอิเลก็ ตรอน รีดกั ชนั  เกิดที่ขวั้ ลบ (แคโทด) ไอออนบวกเคลื่อนที่เข้าหาแคโทด เพ่ือรบั อิเลก็ ตรอน

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า ถ้าแยกสารละลายจะมีน้าเข้าไปเกี่ยวข้องในปฏิกิริยา ดงั นัน้ การเลือกปฏิกิริยาท่ีจะใช้เป็นแคโทด แอโนด กต็ ้องพิจารณาศกั ยไ์ ฟฟ้ าของน้าด้วย

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า ตวั อย่างการแยกสลายโซเดียมคลอไรดท์ ่ีหลอมเหลวด้วยไฟฟ้ า ผา่ นพลงั งานไฟฟ้ าลงในอิเลก็ โทรไลตโ์ ซเดียมคลอไรดท์ ี่หลอมเหลว โดยใช้ขวั้ ไฟฟ้ าเป็นโลหะเฉื่อย แอโนด (ออกซิเดชนั ) 2Cl-  Cl2(g) + 2e- E = 1.36 แคโทด (รีดกั ชนั ) 2(Na+ + e-  Na(s) E = -2.71 ปฏิกิริยารีดอกซ์ 2Cl- + 2Na+  Cl2(g) + 2Na(s) Ecell = -4.07 Ecell มีค่าเป็น ลบ ปฏิกิริยาเกิดเองไม่ได้ เมื่อได้รบั พลงั งานจากภายนอก อย่างน้อย 4.07 โวลต์ จะเกิดปฏิกิริยาการแยกสลายด้วยไฟฟ้ าขึน้

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า 1. การแยกธาตุ เช่น การผลิต Al จาก Al2O3 ที่แอโนด (ออกซิเดชนั ) 3O2-  3O2(g) + 6e- ที่แคโทด (รีดกั ชนั ) 2(Al3+ + 3e-  Al(l)) ปฏิกิริยาของเซลล์ 2Al3+ + 3O2-  2Al(l) + 3 O2(g)

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า 2. การทาให้สารบริสทุ ธ์ิ โดยใช้โลหะท่ีไม่บริสทุ ธ์ิเป็นแอโนด และ โลหะท่ีบริสทุ ธ์ิเป็นแคโทด เช่น การทาทองแดงให้บริสทุ ธ์ิ ปฏิกิริยาที่แอโนด (ออกซิเดชนั ) Cu(s)  Cu2+ + 2e- ปฏิกิริยาที่แคโทด (รีดกั ชนั ) Cu2+ + 2e-  Cu(s)

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า การทาโลหะให้บริสทุ ธ์ิโดยใช้เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การทาทองแดงให้บริสทุ ธ์ิ จากโลหะที่ประกอบด้วย Cu, Fe, Zn, Ag, Au, Pt CAatnhooddee - + CuSO4 + ทองแดงไม่บริสทุ ธ์ิ H2SO4 ทองแดงบริสทุ ธ์ิ กากตะกอน

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า การทาโลหะให้บริสุทธ์ิโดยใช้เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า การทาโลหะให้บริสุทธ์ิโดยใช้เซลล์อเิ ล็กโทรไลต์ โลหะทองแดงท่ีได้จากการถลุงสินแร่จะมี ความบริสทุ ธ์ิไม่เกินร้อยละ 90 ที่เหลือเป็ น ส่ิงเจือปนท่ีมกั จะมีอยู่ในทองแดง ได้แก่ เหลก็ เงิน ทอง แพตินัมและสงั กะสี ขวั้ แอโนด ทองแดงที่ไม่บริสทุ ธ์ิ แคโทด แผน่ ทองแดงที่บริสทุ ธ์ิ อิเลก็ โทรไลต์ สารละลายผสมของคอป เปอร์ (II) ซลั เฟตกบั กรดซลั ฟิ วริก

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า 3. การชบุ โลหะ ให้โลหะท่ีใช้ชบุ เป็นแอโนด ส่วนโลหะที่จะชบุ เป็นแคโทด จ่มุ ในสารละลายของไอออนของโลหะที่ใช้ชบุ การชบุ เงินบนผิวสงั กะสี ขวั้ แอโนด เงิน ปฏิกิริยาที่แอโนด (ออกซิเดชนั ) ขวั้ แคโทด สงั กะสี สารละลายอิเลก็ โทรไลต์ Ag+ Ag(s)  Ag+ + e- ปฏิกิริยาที่แคโทด (รีดกั ชนั ) Ag+ + e-  Ag(s)

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟ้ า หลกั การของการชุบโลหะด้วยไฟฟ้ า คือ การชุบช้อนโลหะด้วย ต้องให้โลหะชนิดหน่ึงมาเคลอื บบนโลหะอีก เงนิ ชนดิ หน่ึงทอ่ี ยู่ เป็นแคโทดโดยจดั เซลลด์ งั น้ี ขวั้ แอโนด: โลหะที่ใช้ชบุ ขวั้ แคโทด: โลหะที่ต้องการชบุ สารละลายอิเล็กโทรไลต์: โลหะไอออน ของโลหะท่ีเป็ นแอโนด

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ ประโยชน์ของการแยกสารละลายด้วยไฟฟ้ า การชุบโลหะด้วยกระแสไฟฟ้ า หลกั การท่ีสาคญั ดงั นี้ 1. วตั ถทุ ่ีต้องการชบุ ต่อกบั ขวั้ ลบของแบตเตอร่ี หรือแคโทด โลหะที่ใช้ชบุ ต่อกบั ขวั้ บวกของแบตเตอร่ี หรือเป็ นแอโนด 2. สารละลายอิเลก็ โทรไลตม์ ีไอออนของโลหะ ชนิดที่เดียวกบั โลหะท่ีเป็นแอโนดหรอื โลหะท่ีใช้ชบุ 3. ใช้ไฟฟ้ ากระแสตรงเพ่ือให้ขวั้ ไฟฟ้ าเป็นขวั้ บวกและขวั้ ลบคงเดิม

เ• ซลล1อ์ ิเลก็ โทรไลต์ 2 3 การกดั ก4ร่อนและการป้ องกนั การกดั กร่อน (corrosion) เป็นปฏิกิริยารีดอกซข์ องโลหะท่ีเกิดจาก สภาพแวดล้อม (ออกซิเจน และ ความชื้น) ทาให้เกิดการเปลี่ยน เป็ นสารประกอบเชิ งซ้อนของโลหะนัน้ ลวด Mg

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั Redox: 2Fe(s) + O2(g) + 2H2O(l) 2Fe2+(aq) + 4OH-(aq) 4Fe(OH)2(s) + O2(g) + 2H2O(l) Fe(OH)2(s) 4Fe(OH)3(s)

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การเกิดสนิ มเหลก็ บริเวณที่ถกู กดั กรอ่ นจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชนั หรอื เป็นแอโนด โลหะเหลก็ (Fe(s)) เปล่ียนไปเป็น Fe2+ Fe(s)  Fe2+ + 2e- อิเลก็ ตรอนสมั ผสั กบั อากาศและความชื้น เกิดรีดกั ชนั ½ O2(g) + H2O(g) + 2e-  2OH- ปฏิกิริยารวมของการกดั กร่อน Fe(s) + ½ O2(g) + H2O(g)  Fe2+ + 2OH-

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การเกิดสนิ มเหลก็ 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)

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การป้ องกนั การเกิดสนิม ป้ องกนั ไม่ให้พืน้ ผิวของโลหะสมั ผสั กบั ออกซิเจน ความชื้น หรอื สารละลายอิเลก็ โทรไลต์ 1. การทาสี ทานา้ มัน การรมดา และการเคลือบพลาสตกิ เป็ นการป้ องกันการถูกกับ O2 และความชืน้

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การป้ องกนั การเกิดสนิม 2. การเคลือบพืน้ ผิวโลหะด้วยโลหะที่มีความว่องไวมากกว่า (หรอื เป็นโลหะท่ีเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชนั ได้ดีกว่า) 3. ทาการชบุ ด้วยโลหะ โลหะบางชนิดมีสมบตั ิพิเศษ กล่าวคือเมื่อทาปฏิกิริยากบั ออกซิเจนจะ เกิดเป็นออกไซดข์ องโลหะเคลือบอย่บู นผิวของโลหะนัน้ และไม่เกิดการผุ กร่อนอีกต่อไป โลหะที่มีสมบตั ิดงั กล่าวได้แก่ อลมู ิเนียม ดีบกุ และ สงั กะสี การชบุ หรอื เคลือบโดยโลหะท่ี Oxide ของโลหะนัน้ คงตวั สลายตวั ยาก จะเป็นผิวบางๆ คลมุ ผิวโลหะอีกที ได้แก่ Cr (โครเมียม) และอลมู ิเนียม(Al) เป็นต้น ดงั นัน้ Cr2O3.Al2O3 สลายตวั ยาก เรียกชื่อว่า วิธี อะโนไดซ์ (Anodize) หมายเหตุ เหลก็ กล้าไม่เกิดสนิม (stainless steel) เป็น Fe ผสม Cr

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การป้ องกนั การเกิดสนิม 4. วิธีแคโทดกิ (Cathodic) โดยพันโลหะท่ีไม่ต้องการให้เกดิ สนิมด้วย โลหะท่ีมีศักย์ไฟฟ้ าต่ากว่า หรือต่อเข้ากบั ขัว้ ลบของแหล่งกาเนิด ไฟฟ้ ากระแสตรง โลหะท่มี ีค่า E๐ ต่ากว่า และขัว้ ลบของ แหล่งกาเนิดไฟฟ้ ากระแสตรงจะทาหน้าท่เี ป็ นแอโนด ส่วนโลหะ ท่ีไม่ต้องการให้เกดิ สนิมจะเป็ นแคโทด การฝังถุง Mg ตามท่อ หรือการผูก Mg ตามโครงเรือ จะทาให้ Fe ผุช้าลง เน่ืองจาก Mg เสีย e ง่ายกว่า Fe จะเสีย e แทน Fe

เซลลอ์ ิเลก็ โทรไลต์ การกดั กร่อนและการป้ องกนั การป้ องกนั การเกิดสนิม 4. การป้ องกนั การผุกร่อนของโลหะในระบบหล่อเยน็ แบบปิ ด การทาผวิ โลหะด้วยสารยบั ยงั้ การสกึ กร่อน สารบางชนิดมสี มบตั ยิ บั ยงั้ การสกึ กร่อนของโลหะได้ เกลือโครเมต เม่ือทาบนผิวเหล็กจะทาปฏิกิริยาได้ FeCrO4 เคลือบผิว เหลก็ ช่วยป้ องกนั การสกึ กร่อนได้ เกลือไตรบวิ ทลิ ามีนซ่ึงอยู่ในรูปของ(CuHg)3NH+ เม่ือเตมิ ลงไปในหม้อนา้ รถยนต์จะเข้าไปในพืน้ ผิวของโลหะในลักษณะเป็ นแผ่นฟิ ล์มบาง ๆ ทาให้ สามารถยบั ยงั้ การสกึ กร่อนได้

การป้ องกนั การผกุ รอ่ นของถงั เหลก็ โดยใช้ขวั้ Mg

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี ปฏิกิริยาที่เกิดขึน้ ที่แอโนด Li (s) ------> Li+(s) + e- ที่แคโทด TiS2(s) + e- -----> TiS2 -(s) ปฏิกิริยารวม Li(s) + TiS2(s) -----> Li+(s) + TiS2- (s)

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี แบตเตอร่ีอเิ ลก็ โทรไลต์แขง็ แอโนด โลหะลเิ ทียม แคโทด ไทเทเนียมไดซลั ไฟด์ อเิ ลก็ โทรไลต์ สารจาพวกพอลเิ มอร์จงึ เรียกว่า อเิ ลก็ โทรไลต์แขง็ ซง่ึ มีสมบตั ยิ อม ให้ไอออนผา่ นได้ดี แตไ่ มย่ อมให้อิเลก็ ตรอน ผา่ น

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเก่ียวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี แบตเตอรี่อิเลก็ โทรไลตแ์ ขง็ ปฏกิ ริ ิยาท่ี Li(s) Li+(ในอเิ ลก็ โทรไลต์แขง็ ) + e- เกดิ ขนึ้ แอโนด แคโทด TiS2(s) + e- TiS2-(s) Li+(ในอเิ ล็กโทรไลต์แขง็ ) + TiS2-(s) ปฏกิ ริ ิยารวม Li(s) + TiS2(s) เซลลช์ นิดนี้มีศกั ยไ์ ฟฟ้ าประมาณ 3 โวลต์ และเป็นเซลลท์ ตุ ิยภมู ิ ข้อดีคือไม่ต้องเติ มน้ากลนั ่ แต่ราคายงั แพงเมื่อเปรียบเทียบกบั เซลลส์ ะสมไฟฟ้ าแบบตะกวั่

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเก่ียวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี แบตเตอรี่อากาศ ตัวออกซไิ ดส์ ออกซเิ จนในอากาศ ตัวรีดวิ ซ์ สังกะสี หรือะลูมีเนียม อเิ ลก็ โทรไลต์ สารละลาย NaOH เข้มข้น

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี แบตเตอร่ีอากาศ ปฏิกิริยาท่เี กดิ ขึน้ ในเซลล์ แอโนด Zn(s) Zn2+(aq) + 2e- แคโทด O2(g) + 4e- 2O2-(g) ปฏิกริ ิยารวม 2Zn(s) + O2(g) 2ZnO(s) เม่ือนาแบตเตอร่ีไปประจุไฟ แก๊สออกซเิ จนจะถูกปล่อยออก จากแบตเตอร่ี ส่วนซงิ ค์ออกไซด์จะถูกรีดวิ ซ์ไปเป็ นสังกะสี

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเก่ียวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี การทาอิเลก็ โทรไดอะลิซิสน้าทะเล เซลล์อเิ ลก็ โทรไลต์ท่ีใช้แยกไอออนออกจากสารละลาย

ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีเกี่ยวข้องกบั เซลลไ์ ฟฟ้ าเคมี การทาอิเลก็ โทรไดอะลิซิสน้าทะเล ประโยชน์ ใช้แยกไอออนออกจากสารละลาย โดยให้ไอออนผ่านเย่ือบาง ๆ ไปยงั ขวั้ ไฟฟ้ า ท่ีมีประจตุ รงกนั ข้าม ทาให้สารละลายท่ีอย่รู ะหว่างขวั้ ไฟฟ้ าทงั้ สอง มีจานวนไอออนลดน้อยลง หลกั การนี้สามารถนาไปใช้แยกโซเดียมไอออน และคลอไรดไ์ อออนออกจากน้าทะเลได้ ทาให้น้าทะเลกลายเป็นน้าจืด