15/01/59

1

บทท 7 ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 1

http://www.science.mju.ac.th/chemistry/staffs/p_kunthadee.htm

1) ปฏกรยาในไฟฟาเคม - ไฟฟาเคม (Electrochemistry) ศกษาเกยวกบการเปลยนแปลงระหวางพลงงานไฟฟาและปฏกรยาเคม แบงไดเปน

(1) ปฏกรยาเคมท าใหเกดกระแสไฟฟา ปฏกรยาเกดขนไดเอง (spontaneous reaction) ตวอยางพบในเซลลกลวานก (Galvanic cell) (เชน ถานไฟฉาย แบตเตอร)

(2) กระแสไฟฟาท าใหเกดปฏกรยาเคม ปฏกรยาเกดขนเองไมได (non-spontaneous reaction) ตวอยางพบในเซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) (เชน การชบโลหะ การแยกสลายดวยไฟฟา)

2) ปฏกรยารดอกซ - ปฏกรยารดอกซ (Redox reaction) ปฏกรยาทมการถายเทอเลกตรอนใหกนระหวางสารทเขาท าปฏกรยา เชน ปฏกรยาระหวางโลหะกบสารละลายซงมไอออนตางๆ

2

ปฏกรยาในไฟฟาเคม ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

2

• พจารณาปฏกรยาระหวางแผนทองแดง Cu(s) กบสารละลาย AgNO3 (aq)

- เมอตงทงไว, สารละลายเปลยนจาก ไมมส สฟา (Cu Cu2+)

มของแขงสขาวปนเทามาเกาะทแผนทองแดง (Ag+ Ag)

- เขยนสมการแสดงปฏกรยาทเกดขนไดดงน

Oxidation: Cu (s) Cu2+ (aq) + 2 e-

Reduction: 2 Ag+ (aq) + 2 e- 2 Ag (s)

Redox: Cu (s) + 2 Ag+ (aq) Cu2+ (aq) + 2 Ag (s)

• สรปไดวา

1. ปฏกรยา oxidation สารทเขาท าปฏกรยาให e- แกสารอน

2. ปฏกรยา reduction สารทเขาท าปฏกรยารบ e- จากสารอน

3

ปฏกรยารดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

3. ปฏกรยา redox (oxidation-reduction) มการใหและรบ e- ระหวางสารทเขาท าปฏกรยา

4. Cu (s) reducer ตวให e- เลขออกซเดชนเพมขน (Cu (s) Cu2+ (aq))

5. Ag+ (aq) oxidiser ตวรบ e- เลขออกซเดชนลดลง (Ag+ (aq) Ag (s))

ตวอยาง 7.1 จากปฏกรยา redox ตอไปน จงเขยนปฏกรยา oxidation และ reduction และระบวาสารใดเปน reducer สารใดเปน oxidiser

Fe2+ (aq) + Zn (s) Fe (s) + Zn2+ (aq)

วธท า พจารณา Fe2+ Fe จะเหนวา Fe2+ รบ 2 e- เกดเปน Fe Zn Zn2+ จะเหนวา Zn จาย 2 e- เกดเปน Zn2+

ดงนน ปฏกรยา oxidation: Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e- reduction: Fe2+ (aq) + 2 e- Fe (s) และ reducer = Zn (s), oxidiser = Fe2+ (aq)

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.เพชรลดา กนทาด 4

ปฏกรยารดอกซ ไฟฟาเคม

15/01/59

3

3) การดลสมการรดอกซ ท าไดตามล าดบดงน

1. พจารณาสมการ หาโมเลกล/อะตอม/ไอออนทถก oxidize และถก reduce โดยด oxidation number ทเปลยนไป

2. เขยนครงปฏกรยาทเกด oxidation และ reduction

3. ท าครงปฏกรยาทงสองใหสมดลทงจ านวนอะตอมและจ านวนประจไฟฟา

4. ดลอะตอม O และ H ในสมการ โดยท

• ดล O ดวย H2O • ดล H ดวย H+

• ถาสารละลายเปนเบส ใหเตม OH- ทงสองดานเพอสะเทน H+ ในปฏกรยา (ถาม)

5. ท าจ านวน e- ทใหและรบในทงสองครงปฏกรยาใหเทากน

6. รวมครงสมการทงสองทดลแลวใหเปนสมการสทธของปฏกรยารดอกซ

การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 5

ตวอยาง 7.2 จงดลสมการรดอกซตอไปน Fe2+ + Cl2 → Fe3+ + Cl-

1. หาตวออกซไดซและตวรดวซจากเลขออกซเดชนทเปลยนไป

Fe2+ + Cl2 → Fe3+ + Cl-

reducer oxidizer

2. เขยนครงปฏกรยา (ยงไมตองดล)

Oxidation: Fe2+ → Fe3+ + e- (จาย e- เลขออกซเดชนเพม) Reduction: Cl2 + e- → Cl- (รบ e- เลขออกซเดชนลด)

3. ดลจ านวนอะตอมและอเลกตรอน

Oxidation: Fe2+ → Fe3+ + e-

Reduction: Cl2 + 2 e- → 2 Cl-

การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 6

15/01/59

4

ตวอยาง 7.2 (ตอ)

4. ดลจ านวน e- ของสองครงปฏกรยา (เอาสมประสทธคณ) แลวรวมกน

2 Fe2+ + Cl2 + 2 e- → 2 Fe3+ + 2 e- + 2 Cl-

จะไดสมการเคมทดลแลว คอ

2 Fe2+ + Cl2 → 2 Fe3+ + 2 Cl-

ตวอยาง 7.3 จงดลสมการ H2S (aq) + NO3- (aq) → S (s) + NO (g)

1. เขยนครงปฏกรยา Oxidation: H2S (aq) → S (s)

Reduction: NO3- (aq) → NO (g)

การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 7

ตวอยาง 7.3 (ตอ)

2. ดลสมการ

• Oxidation : H2S (aq) → S (s) - ดลอะตอม H ดวย H+, H2S (aq) → S (s) + 2 H+ (aq) – ดลประจดวยอเลกตรอน, H2S (aq) → S (s) + 2 H+ (aq) + 2 e-

– ปฏกรยาเกดในกรด ไมตองดล H+ อก

• Reduction: NO3- (aq) → NO (g)

– ดลอะตอม O ดวย H2O, NO3- (aq) → NO (g) + 2 H2O (l)

– ดลอะตอม H ดวย H+, NO3- (aq) + 4 H+ (aq) → NO (g) + 2 H2O (l)

– ดลประจดวยอเลกตรอน,

NO3- (aq) + 4 H+ (aq) + 3 e- → NO (g) + 2 H2O (l)

การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 8

15/01/59

5

ตวอยาง 7.3 (ตอ)

3. รวมครงปฏกรยา (ดลจ านวน e- ของทงสองปฏกรยา)

Oxidation: 3 H2S (aq) → 3 S (s) + 6 H+ (aq) + 6 e-

Reduction: 2 NO3- (aq) + 8 H+ (aq) + 6 e- → 2 NO (g) + 4 H2O (l)

จะไดสมการเคมทดลแลว คอ

3 H2S (aq) + 2 NO3- (aq) + 2 H+ (aq) → 2 NO (g) + 4 H2O (l) + 3 S (s)

การดลสมการรดอกซ ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด 9

4) เซลลกลวานก (Galvanic cell) - เซลลไฟฟาเคม ประกอบดวยขวไฟฟา (electrode) 2 ขวจมในสารละลายอเลกโทรไลต

- เมอตอครบวงจร ถาปฏกรยาทเกดขนเปนปฏกรยา redox (oxidation-reduction) แลว

ท าใหเกดกระแสไฟฟาขนไดเอง เรยกเซลลไฟฟานนวา เซลลกลวานก

- การถายเทอเลกตรอนจะเกดผานตวกลาง คอ ลวดไฟฟาทตอระหวางขวไฟฟา 2 ขว (ถายเททางออม)

- ตวอยางเซลลกลวานก เชน เซลลแดเนยลล (Daniell cell) ประกอบดวยขวไฟฟา ดงรป

10

ไฟฟาเคม

เซลลกลวานก

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

6

- แผนรพรน (porous plug) และสะพานเกลอ (salt bridge) ท าหนาทควบคมสมดลของประจไฟฟาของสองครงเซลล

- ปฏกรยาเกดขนไดเอง ตอเขากบแอมมเตอร จะมกระแสผานในวงจร หรอตอเขากบหลอดไฟฟาจะเกดแสงสวางขน

11

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

ใชแผนรพรน ใชสะพานเกลอ

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

- ทขวลบ หรอ anode: เกดปฏกรยา oxidation ทขว Zn (s) ดงน

Zn (s) Zn2+ (aq) + 2 e- E0anode = + 0.76 V

นนคอ แทงสงกะสละลายลงไปในสารละลาย ZnSO4 และจาย e- ผานลวดตวน าไปยง

ขว Cu (s)

- ทขวบวก หรอ cathode: เกดปฏกรยา reduction ทขว Cu (s) ดงน

Cu2+ (aq) + 2 e- Cu (s) E0cathode = + 0.34 V

นนคอ Cu2+ จากสารละลาย CuSO4 จะรบ e- เกดเปนโลหะทองแดงเกาะอยทขว Cu (s)

- ปฏกรยาทเกดขนแตละขว เรยกวา ปฏกรยาครงเซลล

- ปฏกรยารวมของเซลลจะเปนผลรวมของปฏกรยาครงเซลลทงสอง ดงน

Zn (s) + Cu2+ (aq) Zn2+(aq) + Cu (s) E0cell = + 1.10 V

12

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

7

- ในการเขยนเซลลไฟฟา ขวทให e- จะเขยนไวทางซายมอ, ขวทรบ e- เขยนไวทางขวามอ

- เซลลกลวานก ปฏกรยาเกดขนไดเอง และ E0cell = +

- แผนภาพของเซลล จะเขยนไดเปน Zn(s)/ Zn2+(aq)// Cu2+(aq)/ Cu(s)

(ครงเซลลออกซเดชน // ครงเซลลรดกชน) เมอ // คอ salt bridge

- ศกยไฟฟาของแตละขวอเลกโทรด หาไดจากแรงเคลอนไฟฟาของเซลลเมอตอขวนนกบอเลกโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน (SHE = standard hydrogen electrode, E0

H2 = 0.00 V) ทสภาวะมาตรฐาน (250 C, 1 atm)

- คา E0cell หาไดจาก E0

cell = E0cathode – E0

anode

- ตวอยางศกยไฟฟามาตรฐานของขวอเลกโทรด ท 250 C เปนดงตารางท 1

13

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ตาราง 1 ตวอยางศกยไฟฟารดกชนมาตรฐานของขวอเลกโทรดท 250 C

ปฏกรยาทเกดขนทขว E0 (V)

Li+ + e- Li - 3.04

Cs+ + e- Cs - 2.95

K+ + e- K - 2.92

Al3+ + 3 e- Al - 1.66

Zn2+ + 2 e- Zn - 0.76

Pb2+ + 2 e- Pb - 0.13

2 H+ + 2 e- H2 0.00

Sn4+ + 2 e- Sn2+ + 0.15

Cu2+ + 2 e- Cu + 0.34

14

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

http://3.bp.blogspot.com/-72H7gMhAHEY/UFwHkBlfQtI/AAAAAAAAAAc/S21iz5IKwGE/s1600/chem2.png เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป

อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

8

ตาราง 1 ตวอยางศกยไฟฟารดกชนมาตรฐานของขวอเลกโทรดท 250 C (ตอ)

ปฏกรยาทเกดขนทขว E0 (V)

Br2 + 2 e- 2 Br- + 1.07

Au3+ + 3 e- Au + 1.50

F2 + 2 e- 2 F- + 2.87

จากตาราง จะไดวา

- คา E0 ยงมาก เปนตวรบ e- (oxidiser) ทด เกดปฏกรยา reduction ขว cathode

- คา E0 ยงนอย เปนตวให e- (reducer) ทด เกดปฏกรยา oxidation (ทศทาง ตรงขามกบในตาราง) ขว anode

15

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ตวอยาง 7.4 จากปฏกรยาครงเซลลดงตอไปน E0 (V)

Ag+ + e- Ag 0.80

Fe3+ + e- Fe2+ 0.77

Ni2+ + e- Ni - 0.25

Fe2+ + 2 e- Fe - 0.44

Zn2+ + 2 e- Zn - 0.76

Cr3+ + 3 e- Cr - 0.74

Na+ + e- Na - 2.71

1) สารใดเปน oxidiser ทดทสด 2) จงแสดงการหาคา E0 ของครงเซลลคหนง

3) เซลล 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn ปฏกรยาจะเกดขนไดเองหรอไม

16

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

9

วธท า 1) สารใดเปน oxidiser ทดทสด

จากคา E0 ของครงเซลล จะเหนไดวาครงเซลล Ag+/ Ag มคา E0 มากทสด รบ e- ไดดทสด Ag+ เปน oxidiser ทดทสด

และเรยงล าดบความสามารถในการรบ e- หรอการเปน oxidiser ทดไดดงน

Ag+ > Fe3+ > Ni2+ > Fe2+ > Zn2+

2) จงแสดงการหาคา E0 ของครงเซลลคหนง

พจารณาสองครงเซลลดงน

Ni2+ + 2 e- Ni E0 = - 0.25 V

Na+ + e- Na E0 = - 2.71 V

การหาคา E0 ท าได 2 วธ ดงน

17

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

(ก) ถา E0 มากกวา ครงเซลลนนจะท าหนาทรบ e-

ถา E0 นอยกวา ครงเซลลนนจะท าหนาทให e-

2 Na 2 Na+ + 2 e- E0 = + 2.71 V

Ni2+ + 2 e- Ni E0 = - 0.25 V

2 Na + Ni2+ 2 Na+ + Ni E0cell = + 2.46 V

ขอสงเกต

- ปฏกรยาให e- จะสลบเครองหมายของ E0 เนองจากปฏกรยาตรงกนขาม

- ถามการเตมตวเลขในสมการ จะไมมการคณเขากบคา E0 (คา E0 คงท ไมขนกบปรมาณ)

- E0cell หาจากการน าคา E

0 ทงสองครงเซลลมารวมกน (ดงแสดงขางตน)

18

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

10

(ข) พจารณาคา E0 ของสองครงเซลลเปรยบเทยบกน

ถา E0 มากกวา รบ e- ท าหนาทเปน cathode

ถา E0 นอยกวา ให e- ท าหนาทเปน anode

จากนนใชสตร E0cell = E0 = E0

cathode – E0anode

= - 0.25 – (- 2.71) = + 2.46 V

ขอสงเกต การใชสตรสามารถน าคา E0 ทก าหนดใหมาค านวณไดเลย (ไมตองสลบเครองหมายเหมอนวธแรก)

3) เซลล 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn ปฏกรยาจะเกดขนไดเองหรอไม

จาก Ag+ + e- Ag E0 = 0.80 V (1)

Zn2+ + 2 e- Zn E0 = - 0.76 V (2)

19

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

จากโจทย 2 Ag + Zn2+ 2 Ag+ + Zn

จะเหนวาประกอบดวยครงปฏกรยา 2 Ag 2 Ag+ + 2 e- (oxidation, anode)

และ Zn2+ + 2 e- Zn (reduction, cathode)

E0 = E0cathode – E

0anode

= - 0.76 – (0.80) = - 1.56 V

(คาตดลบ ปฏกรยาเกดขนเองไมได)

แสดงวา ปฏกรยาจากโจทยเกดขนเองไมได

(ปฏกรยาทเกดขนได ควรเปน 2 Ag+ + Zn 2 Ag + Zn2+ )

20

เซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

11

5) ประโยชนของเซลลกลวานก - เซลลกลวานกทใชงาน แบงออกเปน 2 ชนด คอ

(1) เซลลปฐมภม (primary cell)

เมอใชงานจนหมดอายแลว ไมสามารถน ากลบมาใชซ าไดอก จดเปน เซลลทไมผนกลบ (irreversible cell) เชน เซลลแหง (dry cell) หรอถานไฟฉาย เปนตน และใหศกยไฟฟาประมาณ 1.5 V

สวนประกอบของ dry cell หรอถานไฟฉาย

http://www.myfirstbrain.com/thaidata/image.asp?ID=1660901

21

ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ปฏกรยาทเกดขนในถานไฟฉาย เปนดงน

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

(+) Cathode: 2 MnO2 (s) + 2 NH4+ (aq) + 2 e- Mn2O3 + 2 NH3 + H2O

NH3 ทเกดขนเรอยๆ จะไปรวมตวกบ Zn2+ เกดเปนไอออนเชงซอน เพอรกษาความเขมขนของ Zn2+ ไมใหสงเกนไป และใหศกยไฟฟาเกอบคงทตลอดอายการใชงาน ดงสมการ Zn2+ + 4 NH3 [Zn(NH3)4]

2+ หรอ [Zn(NH3)2(H2O)2]2+

(ไอออนเชงซอน)

(2) เซลลทตยภม (secondary cell)

จดเปน เซลลทผนกลบได (reversible cell) นนคอ เมอจายไฟหมดแลว สามารถน ากลบมาอดไฟเพอใชใหมไดอก

ตวอยางเชน เซลลไฟฟาแบบตะกว (lead storage battery) หรอแบตเตอร เปนตน

22

ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

12

เซลลสะสมไฟฟาแบบตะกว หรอแบตเตอร

http://www.maceducation.com/e-

knowledge/2432209100/07_files/07-11.jpg

ปฏกรยาทเกดขนทขวไฟฟาทงสอง เปนดงน

(-) Anode: Pb (s) + SO42- (aq) PbSO4 (s) + 2 e-

(+) Cathode: PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + SO42- (aq) + 2 e- PbSO4 (s) + 2 H2O

ปฏกรยารวม: Pb (s) + PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + 2 SO42- (aq) 2 PbSO4 (s) + 2 H2O

23

ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ปฏกรยารวม: Pb (s) + PbO2 (s) + 4 H+ (aq) + 2 SO42- (aq) 2 PbSO4 (s) + 2 H2O

- เซลลนสามารถผนกลบไดเมอตองการ โดยการอดไฟเขาท าใหเกดปฏกรยายอนกลบ

- จะได Pb (s) และ PbO2 (s) กลบมาทแตละขว และความเขมขนของกรด H2SO4

(electrolyte) เพมขน เกดปฏกรยาไดใหม

- 1 เซลลจะใหศกยไฟฟาประมาณ 2 V

- ถารถยนตใชแบตเตอร 12 V ตองตอ 6 เซลลเขาดวยกน

6) เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) - ปฏกรยาเกดเองไมได ตองอาศยพลงงานไฟฟาจากแหลงภายนอก มาท าใหเกด ปฏกรยาเคมขน

24

ประโยชนของเซลลกลวานก ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

13

ประกอบดวย แหลงใหพลงงานไฟฟา ขวไฟฟา 2 ขว และ สารละลาย electrolyte

- ขว anode เกด oxidation

- ขว cathode เกด reduction

ตวอยางเซลลอเลกโทรไลต เชน กระบวนการแยกสลายดวยไฟฟา (electrolysis) ของสารละลายกรด HCl ดงรป

ตวอยางการท างานของ electrolytic cell

25

เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell) ไฟฟาเคม

เหมอนเซลลกลวานก แตตอขว +/- ตรงกนขาม

Cl-

H+

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

จากรป

- แบตเตอรจะจาย e- ไปตามเสนลวดถงขว cathode (-)

Cathode: 2 H+ (aq) + 2 e- H2 (g) E0 = 0.00 V

H+ วงไปรบ e- เกดกาซ H2 เปนฟองผดทขว cathode

- Cl- จะเคลอนมาจาย e- ทขว anode (+) เกดเปนกาซ Cl2

Anode: 2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e- E0 = - 1.36 V

ดงนน ปฏกรยารวม: 2 H+ (aq) + 2 Cl- (aq) H2 (g) + Cl2 (g) E0 = - 1.36 V

- จะเหนวา E0 = - ปฏกรยาเกดเองไมได (ตรงขามกบเซลลกลวานก)

26

ไฟฟาเคม

เซลลอเลกโทรไลต (Electrolytic cell)

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

Cl-

H+

15/01/59

14

7) กฎของฟาราเดย - Michael Faraday คนพบความสมพนธระหวางปรมาณไฟฟาและการเปลยนแปลงทางเคมทเกดขนทขวไฟฟาในกระบวนการของเซลลอเลกโทรไลต โดยจะสมพนธกบปรมาณ e- ทมการถายเทในปฏกรยาออกซเดชนและรดกชน

- ปรมาณไฟฟา 1 Faraday (F) = ปรมาณไฟฟาทตองผานเขาไปในเซลลเพอให e- 1 โมลท าปฏกรยาออกซเดชน-รดกชน

- ปกตปรมาณไฟฟา (Q) มหนวยเปน คลอมบ (coulomb) หาไดจาก

Q = I t

เมอ I = กระแสไฟฟาในหนวย แอมแปร (Ampere, A) t = เวลาในหนวย วนาท (second, s)

- และ ปรมาณไฟฟา 1 F = 96,487 coulomb ตอโมล e-

27

กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ตวอยาง 7.5 ในการแยกสารละลาย AgNO3 ดวยกระแสไฟฟา 2 แอมแปร เปนเวลา 1 ชวโมง จะมโลหะเงนเกดขนทขวลบกกรม

วธท า 1) หาปรมาณไฟฟาในหนวยฟาราเดย (F)

Q = I t

= (2 A) (1 x 60 x 60 s) = 7,200 A.s = 7,200 coulomb (C)

โดยปรมาณไฟฟา 96,487 C มคา 1 F

ถาปรมาณไฟฟา 7,200 C จะมคา = 1 F x 7,200 C = 0.075 F

96,487 C

28

กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

15

2) หาน าหนกโลหะเงนทเกดขนทขวลบ

ทขว (-), cathode ปฏกรยาทเกดขน คอ Ag+ (aq) + e- Ag (s)

จากสมการ ปรมาณไฟฟา 1 F (1 mol e-) เกดโลหะเงน 1 mol = 107.868 g

ดงนน ถาปรมาณไฟฟา 0.075 F จะเกดโลหะเงนทขว = 107.868 g x 0.075 F

1 F

= 8.090 g

นนคอ จะเกดโลหะเงนทขวลบหนกเทากบ 8.090 กรม

29

กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

ตวอยาง 7.6 จะตองใชเวลานานเทาไหร ในการผลต Cu 15.885 g จากสารละลาย CuSO4 โดยใชกระแสไฟฟา 25 A

วธท า 1) หาปรมาณไฟฟาเปน coulomb (C) ทท าใหเกด Cu 15.885 g

ท cathode: Cu2+ + 2 e- Cu (s)

จะเหนวา การเกดโลหะ Cu 1 mol (63.546 g) ตองมการรบ e- 2 mol หรอใชปรมาณไฟฟา 2 F

ปรมาณไฟฟา 1 F = 96,487 C

ถา ปรมาณไฟฟา 2 F = 96,487 C x 2 F = 192,974 C 1 F

นนคอ การเกดโลหะ Cu 63.546 g ใชปรมาณไฟฟา 192,974 C

ถาตองการ Cu 15.885 g จะใชปรมาณไฟฟา = 192,974 C x 15.885 g = 48,238.943 C 63.546

30

กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

16

2) หาเวลาทใชในการแยกดวยกระแสไฟฟา

จาก สตร Q = I t

เมอ I = 25 A, Q = 48,238.943 C

แทนคา จะไดวา 48,238.943 = 25 x t

t = 48,238.943 s = 1,930 s

25

ดงนน จะตองใชเวลาเทากบ 1,930 วนาท หรอ 32 นาท 16 วนาท

31

กฎของฟาราเดย ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

8) ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต

เซลลอเลกโทรไลตสามารถน าไปประยกตใช ดงน

(1) การชบโลหะดวยกระแสไฟฟา

- เปนการเคลอบผวของโลหะดวยโลหะอน

- ท าเพอความสวยงาม หรอเพอปองกนการผกรอนของโลหะ

หลกการ 1) จายไฟฟากระแสตรง (DC) เชน กระแสไฟฟาจากแบตเตอร

2) ตอขว + (anode) โลหะทใชชบ

ตอขว – (cathode) โลหะทตองการชบ

3) สารละลาย electrolyte ตองประกอบดวยไอออนของโลหะทใชชบ

32

ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

17

AgNO3 (aq)

+ - - ตวอยาง เชน การชบชอนโลหะดวยโลหะเงน Ag (s)

http://www.promma.ac.th/main/chemistry/web_electrochemistry/

images/4-22-2010%2011-11-53%20PM.jpg

Anode: Ag (s) Ag+ (aq) + e-

Cathode: Ag+ (aq) + e- Ag (s) (เคลอบทชอนโลหะ)

33

ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

(2) การท าโลหะใหบรสทธ

ใชหลกการเดยวกบการชบโลหะดวยกระแสไฟฟา คอ

- ขว anode ตอกบโลหะทไมบรสทธ cathode ตอกบโลหะบรสทธ

- สารละลาย electrolyte ประกอบดวยไอออนของโลหะทเปนขว cathode

- ผานไฟกระแสตรงจากแบตเตอรเขาไป

34

ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด

15/01/59

18

- ตวอยางเชน การท าทองแดงใหบรสทธ ใช CuSO4 เปนสารละลาย electrolyte

พบวา - โลหะ Ag, Au, Pt เสย e- ได

ยากกวา Cu, Zn, Fe จะไม เกด oxidation และตกตะกอน อยดานลางภาชนะ

- Cu, Zn, Fe เกด oxidation Cu2+, Zn2+, Fe2+ แต Cu2+ รบ e- ไดดทสดจงมเพยง Cu2+ วงไปท cathode และรบ e- เกดเปน Cu (s) เคลอบบนขวทองแดง

- วธการนจะได Cu (s) บรสทธถง 99.95%

http://leelawat.exteen.com/images/slide0005_image014.gif 35

ประโยชนของเซลลอเลกโทรไลต ไฟฟาเคม

ทองแดงไมบรสทธ

(anode)

ทองแดงบรสทธ

(cathode)

เนอหาประกอบการสอน รายวชา คม 100 เคมทวไป อ.ดร. เพชรลดา กนทาด