เคมีไฟฟ้า

Report
สั ปดาหที
๑๒
่
์
เคมีไฟฟ้า
เคมีไฟฟ้า
ปฏิกริ ย
ิ ารีดอกซ ์
เซลลกั
์ ลวานิก
ศั กยไฟฟ
ั ชัน
่ มาตรฐาน
้ ารีดก
์
การเกิดขึน
้ เองไดของปฏิ
กริ ย
ิ ารีดอกซ ์
้
ผลของความเขมข
้ นต
้ อค
่ า่ emf ของเซลล ์
แบตเตอรี่
การกัดกรอน
่
การแยกสลายดวยไฟฟ
้
้า
เคมีไฟฟ้า(electrochemistry)
• เคมีไฟฟ้า คือ สาขาของเคมีทเี่ กีย
่ วของ
้
งงานไฟฟ้า
กับการเปลีย
่ นแปลงระหวางพลั
่
และพลังงานเคมี
ปฏิกริ ย
ิ ารีดอกซ ์
• กระบวนการไฟฟ้าเคมี คือ ปฏิกริ ย
ิ ารีดอกซ ์
(ออกซิเดชัน
่ -รีดก
ั ชัน
่ )
ปฏิกริ ย
ิ าเคมี
ปฏิกริ ย
ิ า
ไฟฟ้า
 ปฏิกร
ิ ย
ิ ารีดอกซ ์ จะมีการถายโอน
e จากสาร
่
หนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง เช่น
เลขออกซิเดชัน
่
0
+1
+2
0
Mg(s) + 2HCl(aq) 
MgCl2(aq)+H2(g)
เซลลกั
์ ลวานิก (Galvanic cell)
การทดลองจุมโลหะสั
งกะสี
่
(Zn) ลงในสารละลาย
CuSO4
ผล โลหะสั งกะสี (Zn)
กรอนและมี
โลหะสี น้าตาลแดง
่
(Cu)มาเกาะทีส
่ ั งกะสี
สารละลายสี
ฟ
าจางลง
้
+ Cu2+(aq)  Zn2+(aq) +
Zn(s)
Cu(s)
Zn เป็ นตัว
รีดวิ ส์ เกิด
Cu2+ตัวออกซิ
ไดส์
เซลลกั
์ ลวานิก (Galvanic cell)
• ทาโดยแยกตัวออกซิไดส์และตัวรีดวิ ส์ออกจาก
กันแลวใช
่ าไฟฟ้าช่วยในการถาย
้
้ตัวกลางทีน
่
โอน e
• เมือ
่ ปฏิกริ ย
ิ าเกิดสมา่ เสมอก็จะมีการไหลของ
e- เกิดกระแสไฟฟ้าขึน
้
6
นิยามในเรือ
่ งของเซลลกั
์ ล
วานิก
• แอโนดคือขัว้ ทีเ่ กิดปฏิกริ ย
ิ าออกซิเดชัน
่
• แคโทด คือ ขัว้ ทีเ่ กิดปฎิกริ ย
ิ ารีดก
ั ชัน
่
• กระแสไฟฟ้า(e)ไหลจากขัว้ แอโนด(Zn)ไป
แคโทด(Cu)
• ขัว้ สั งกะสี คือ แอโนด (anode =
oxidation)
Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e• ขัว้ ทองแดง คือ แคโทด (cathod =
reduction)
• สะพานเกลือ(salt bridge) : เป็ นตัวกลางทีน
่ า
ไฟฟ้า ทาให้วงจรไฟฟ้าสมบูรณ์ ให้
ไอออนสามารถเคลือ
่ นทีผ
่ านตั
วกลางดาน
่
้
หนึ่งไปยังอีกดานหนึ
่งได้
้
• เป็ นทอรู
่ ปตัวยู(U)กลับหัว ภายในบรรจุ
ิ ากับ
สารละลายอิเล็กโทรไลตที
่ าปฏิกริ ย
์ ไ่ มท
ไอออนอืน
่ ในสารละลาย เช่น KCl ,
KNO3หรือ NH4NO3
ความตางศั
กยของเซลล
่
์
์
 ความตางศั
กยของเซลล
่
์
์ คือ ความ
แตกตางของศั
กยไฟฟ
่
้ าระหวางแอโนด
่
์
กับแคโทด
 วัดดวยโวลท
มิ
้
์ เตอร ์
 อาจแทนดวยค
าวา่ แรงเคลือ
่ นไฟฟ้า
้
หรือ emf(E) และศั กยของเซลล
์
์
้ กับ
กยของเซลล
 ความตางศั
่
์ ขึน
์
ธรรมชาติของอิเล็กโทรด และไอออน ,
ความเขมข
และอุณหภูมท
ิ ี่
้ นของไอออน
้
เซลลท
์ างาน
การเขียนแผนภาพเซลลหรื
์ อเซลล ์
ไดอะแกรม
ของเซลลกั
์ ลวานิก
เส้นเดียวแทนขอบเขตวัฎ
ภาค
2+
Zn (1M)
Zn(s)
Cu(s)
2+
Cu (1M)
เขียนแอโนด
เขียนแคโทด
เส้นตัง้ ฉากคู่
ทางซ้ายของ
ทางขวาของ
แทนสะพานเกลือ
เส้นคู่
เส้นคู่
11
o)
ศั กยไฟฟ
ารี
ด
ก
ั
ชั
น
่
มาตรฐาน(E
้
์
• ภายใตสภาวะมาตรฐาน
้
(ความเขมข
้
้ นสารละลาย
1 M, P=1 atm, T= 25oC)
• ศั กยไฟฟ
ิ ารี
้ าสาหรับปฏิกริ ย
์
ดักชัน
่ ของ H+ มีคา่ = 0
ดังนี้
2H+(1M)+2e-H2(1atm)
ขั
ว
้
ไฮโดรเจนมาตรฐาน
o
E =0 V
(standard hydrogen electrod
• Eo= ศั กยไฟฟ
ั ชัน
่
้ ารีดก
์ : SHE
มาตรฐาน
SHE ใช้วัดศักยไฟฟ
้ าของ
์
อิเล็กโทรดอืน
่ ๆได้
เช่น Zn(s) / Zn2+(1M) // H+(1M) /H2(1atm)
/ Pt(s)
anode:
Zn(s) Zn2+(aq)+2ecathode: 2H+(1M)+ 2e-  H2(1atm)
Redox: Zn(s)+ 2H+(1M) Zn2+(aq)+
0
0
EH0cell
=E
–
E
(1atm)
cathode
anode
2
E0cell = E0H+/H2 – E0Zn2+/Zn
0.76 V = 0 - E0Zn2+/Zn ,  E0Zn2+/Zn = 0.76 V
Note: Pt(s) ทาหน้าทีเ่ ป็ นพืน
้ ผิวให้
13
SHE ใช้วัดศักยไฟฟ
้ าของ
์
อิเล็กโทรดอื
น
่
ๆได
้
+
Pt(s) / H2(1atm) / H (1M)// Cu2+(1M)
/ Cu(s)
anode:
H2(1atm)  2H+(1M)+
2ecathode:
Cu2+(aq)+2e-  Cu(s)
0
0
0
2+
E
=
E
–
E
cellH2(1atm)
cathode
Redox:
+Cu anode
(1M) 
0
0
0
+
E
=
E
–
E
cell
Cu2+/Cu
H+/H2
2H (1M)
+Cu(s)
0.34 V = E0Cu2+/Cu - 0 ,  E0Cu2+/Cu
= 0.34 V
คา่ E0 ของ Zn และ Cu เอามาหา
emf ของเซลลได
์ ้
Zn(s) /Zn2+(1M) // Cu2+(1M) /Cu(s)
anode:
Zn(s) 
Zn2+(1M)+2ecathode:
Cu2+(1M)+2e- 
Cu(s) คา emf ของเซลล
่
์
2+
Redox: เทZn(s)
+Cu
(1M)

ากั
บ
่
2+
Zn (1M)
+Cu(s)
0
E
= E0
–
cell
cathode
E0anode
E0cell = E0Cu2+/Cu–
0
15
ตาราง ศั กยไฟฟ
ั ชัน
่ มาตรฐาน
้ ารีดก
์
ที่ 25oC
ตาราง ศั กยไฟฟ
ั ชัน
่ มาตรฐานที่
้ ารีดก
์
25oC
ตาราง ศั กยไฟฟ
ั ชัน
่ มาตรฐาน
้ ารีดก
์
ที่ 25oC
สรุปขอมู
ั ชัน
่
้ ารีดก
้ ลจากตารางศักยไฟฟ
์
มาตรฐาน
 คา่ E0 เป็ นคาของปฏิ
กริ ย
ิ าไปขางหน
่
้
้ า(รี
ดักชัน
่ )
 คา่ E0 เป็ น + มาก แสดงวา่ สามารถรับ
e-งาย
่
(เป็ นตัวออกซิไดส์แรง) เช่น F2
 คา่ E0 เป็ น - มาก แสดงวาสามารถรั
บ
e
่
+
ยาก(ให้ e-งาย)
(เป็
นตั
ว
รี
ด
ว
ิ
ส
แรง)
เช
น
Li
่
่
์ 0
 ถ้าเขียนสมการกลับขาง
่ น
คา่ E เปลีย
้
+ + eเครือ
่ งหมายเป็ นตรงกันขาม
เช
น
Li
้
่
 Li(s) E0 = -3.05
 เขียนกลับสมการ
Li(s)  Li+ + e- E0 =
+3.05
สรุปขอมู
้ ารี
้ ลจากตารางศักยไฟฟ
์
ดักชัน
่ มาตรฐาน
• ครึง่ ปฏิกริ ย
ิ านี้ ผันกลับได้ (เป็ นไดทั
้ ง้ แอโนด
และแคโทด) ขึน
้ กับวาไปจั
บคูกั
่
่ บอะไร ถ้าอยู่
บรรทัดบน(มากกวา)
่ จะเป็ นแคโทด(รับ e-) อยู่
บรรทัดลาง(น
นแอโนด(ให้ e-)
่
้ อยกวา)เป็
่
เรียกวา่ กฎทแยงมุม
Cu2+ (1M) + 2e-  Cu(s)
E0 = 0.34
Zn2+ (1M) + 2e-  Zn(s)
E0 = -0.76
ปฏิกริ ย
ิ าทีเ่ กิด คือ
Zn(s) Zn2+ + 2eE0 = 0
E
0.76
cell=0.34-(Cu2++ 2e-  Cu(s) 0.76)=1.1V
E0 =
Ex. จงทานายการเกิดปฏิกริ ย
ิ า
เมือ
่ เติม Br2 ลงใน
สารละลายทีม
่ ี NaCl และ
NaI
+
-
ใน สลล. มี Br2 , Na , Cl , I
ดูตาราง 21.1 เรียงคา่ E0
Cl2(g)+2e-  2ClE0 = +1.36
Br2(l)+2e-  2BrE0 = +1.07
E0cell=+1.07I2(s) + 2e-  2IE0 = +0.53
(+0.53)
Na+ + e-  Na(s)
E0 = -2.71
=+0.54
สรุป anode
2I-  I2(s) + 2ecathode: Br2(l)+2e-  2BrRedox: 2I-(1M) +Br2(l)  I2(s) + 2Br(1M)
•
•
•
•
•
•
•
21
แบบฝึ กหัด Sn สามารถรีดวิ ส์ Zn2+
ภายใตสภาวะมาตรฐานได
หรื
้
้ อไม่


ดูตาราง 21.1 เรียงคา่ E0
Sn2+(aq) + 2e-  Sn(s)


Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s)
E0= -0.76
ตามกฎทแยงมุม Sn ไมสามารถรี
ดวิ ส์
่
Zn2+ ได้
หรือดูวา่ Zn2+ มีคา่ E0= -0.76 น้อย
กวา่ Sn2+ ทาให้ไมสามรถชิ
ง e- จาก
่
Sn ได จึงไมเกิดปฏิกริ ย
ิ า

E0= -0.14
แบบฝึ กหัด 21.3 จงคานวณคา่ emf ของเซลล ์
ยมอิเล็กโทรดใน
กัลวานิกทีป
่ ระกอบดวยแคดเมี
้
สลล. Cd(NO3)2 1M และโครมเมียมอิเล็กโทรด
ใน สลล. Cr(NO3)3 1M ที่ 25oC
• มี Cd กับ Cr ดูตาราง 21.2 เรียงคา่ E0
ดวย
้
• Cd2+ + 2e-  Cd(s) E0 = -0.40
• Cr3+ + 3e-  Cr(s)
E0 = -0.74
• ใช้กฎทแยงมุม หรือ ดูวา่ Cd2+ ชิง e- ได้
ดีกวา่ Cr3+ ดังนั้น Cd เป็ นแคโทด(รี
ดักชัน
่ ) Cr เป็ นแอโนด(ออกซิเดชัน
่ )
• emf = E0cat – E0an = -0.40-(-0.74)
ผลของความเขมข
้ นต
้ อค
่ า่ emf
ของเซลล
์ ไมใชสภาวะ
การหาคา E0 ในกรณี
่
่ ่
มาตรฐาน เช่น ความเขมข
ใช
้ นไม
้
่ ่ 1M
เราจะใช้สมการเนินสท(Nernst
Equation)
์
ในการคานวณ คา่ E เป็ น + จึง
เกิดปฏิกริ ย
ิ า ถ้าเป็ น – แสดงวาไม
เกิ
ด(หรือ
่
่
0
เกิดในทิ
E =ศ
Eตรงข
้ 0.0257V ln Qที่
cell– าม)
n
หรือ
25oC
E = E0cell– 0.0592V log Q
ที่
n
25oC
n = จานวน e- ทีถ
่ ายเทในปฏิ
กริ ย
ิ ารวมของเ
่
Q = ผลหารปฏิกริ ย
ิ า(จากเรือ
่ งสมดุลเคมี)
E0cell = E0 Cathode - E0 Anode
cell
ทบทวนเรือ
่ งคาผลหารปฏิ
กริ ย
ิ า(Q)ใน
่
เรือ
่ งสมดุลเคมี
จากสมการ aA +
จะไดว
้ า่
Q
bB
cC + dD
ความเขมข
้ น
้
สารละลายใช้
หน่วย โมล/ลิตร
c
d
(M/l)
= [C] .[D]
a
b
แก
สใช
ความดั
น
๊
้
[A] .[B]
ยอย(atm)
่
25
ตย. Zn(s)+Cu2+(aq) 
Zn2+(aq)+Cu(s)
0.34
Cu2++ 2e-  Cu(s)
E0 =
Zn2++ 2e-  Zn(s)
E0 = 0.76
เขี
ยนสมการเนินสท ์ ดังนี้
0
0
EE0cell
=
E
–
E
=
cat 0.0257V
an = 0.34-(-0.76)
= 1.10V–
ln
2+]
1.10 V [Zn2+]
[Cu
2
เอาคาความเข
ตร หรือ atm มา
มข
่
้ น(โมล/ลิ
้
ใส่แลวค
้ านวณ)
Ex จงทานายปฏิกริ ย
ิ านี้วาเกิ
อไม่
่ ดไดเองหรื
้
ที่ 298 K Co(s)+Fe2+(aq) 
Co2+(aq)+Fe(s)
กาหนดให้ [Co2+]=0.15M ,
[Fe2+]=0.68M
• Anode:
Co(s) Co2+(aq)+2eE0= -0.28
• Cathode: Fe2+(aq)+2e-  Fe(s)
E0= -0.44
• E0cell = (-0.44)-(-0.28) = -0.16 V
2+]
E
=-0.16V–
0.0257V
ln
[Co
• แทนคาสมการเนิ
นสท 2+
่
n
[Fe์ ]
E =-0.16V– 0.0257V ln=[0.15]
-0.14V
[0.68]
2
27
แบบฝึ กหัด 21.6 จงทานายปฏิกริ ย
ิ านี้วา่
oC Cd(s)+Fe2+(aq)
เกิดไดเองหรื
อ
ไม
ที
่
25
้
่
 Cd2+(aq)+Fe(s)
กาหนดให้ [Fe2+]=0.60M, [Cd2+]=0.010M
• Anode:
Cd(s) Cd2+(aq)+2eE0= -0.40
• Cathode: Fe2+(aq)+2e-  Fe(s)
E0= -0.44
• E0cell = -0.44-(-0.40) = -0.04 V
E =-0.04V– 0.0257V2+ln
• แทนค2+าสมการเนิ
นสท
n
[Fe
]
่
์
[Cd ]
E =-0.04V– 0.0257V ln =
[0.60]
[0.01]
2
+0.0126V
แบบฝึ กหัด จงคานวณคา่ emf ของเซลกัลป์
วานิก ทีป
่ ระกอบ
2+/Cd และPt/H+/H เมือ
ดวยครึ
ง
่
เซลล
Cd
่
2
้
์
[Cd2+]=0.2M,[H+]=0.16M,PH2=0.8 atm
• Anode: Cd(s)  Cd2+(aq)+2eE0= 0.40
• Cathode: 2H+(aq) +2e-  H2(g) E0= 0
• Redox: Cd(s)+2H+(aq)Cd2+(aq)+H2(g)
E0cell=0-(2+][H ]
0.4)=0.4V
E =0.4V– 0.0257V+ln[Cd
2
2
• แทนคาสมการเนิ
n นสท[H
่
์ ]
E =0.4V– 0.0257V ln [0.2][0.8]
=
2
[0.16]2 +0.376V
29
เซลลความเข
มข
้ น
้
์
 จะใช้สารชนิดเดียวกัน/ไอออนเดียวกันมา
ทาเซลลกั
่ ให้กระแสไฟฟ้าก็
์ ลวานิก เพือ
ได้
 แตต
างกั
น จึง
่ องให
้
้ความเขมข
้ นไอออนต
้
่
จะมีความตางศั
กยไฟฟ
้ ได้
่
้ าเกิดขึน
์
 เซลลชนิ
มข
้ น”
้
์ ดนี้เรียกวา่ “เซลลความเข
์
 เช่น
Zn(s)/Zn2+(0.1M)//Zn2+(1M)/Zn(s)
Zn(s)/Zn2+(0.1M)//Zn2+(1M)/Zn(s)
 Anode:
Zn(s)  Zn2+(0.1M) +
2e Cathode: Zn2+(1M)+2e-  Zn(s)
 Redox:
Zn2+(1M)  Zn2+(0.1M)
Eค=E
า่ 0emf– ของ
cell
เท
ากั
บ
่
0.0257V ln
cell
2+]
n
2+
[Zn
conc
[Zn ]
dil
E = 0 – 0.0257V ln [0.1]
= +0.0296V
2 [1]
31
เซลลชี
มข
้ น
้
์ วภาพ คือ เซลลความเข
์
นั่นเอง
• ศั กยไฟฟ
้ าของ mambrane คือ
์
ศั กยไฟฟ
้ ทัง้ 2 ดานของเมมเบรน
้ าทีเ่ กิดขึน
้
์
ชนิดตางๆของเซลล
่
์
• ศั กยของเซลล
ท
่
์
์ าให้เกิดการแพรขยายของ
32
สั ญญาณประสาทและการเตนของหั
ว
ใจ
้
 การฝึ ก หลายระดับ หลายหลักสูตร ของ
สถาบันทหาร-ตารวจ
ในหลายๆประเทศ ไมเฉพาะแต
ประเทศ
่
่
ไทย มักจะมีส่วนใดส่วนหนึ่งทีใ่ ห้ผูรั
้ บการ
ฝึ กขาดน้า มากน้อยแตกตางกั
น ซึง่ จะ
่
เชือ
่ มโยงถึงการเสี ยเกลือแรด
่ วย
้
 ก็คงจะมีประโยชน์ และไดฝึ
้ กการปรับตัว
ฝึ กความอดทนไดบ
แต่ ทัง้ ผู้ฝึ ก และ
้ าง
้
ผู้รับการฝึ ก มีความรูเพี
้ ยงพอหรือไม่
ไดรั
้ บคาแนะนาเพียงพอหรือไม่ มีความ
รอบคอบเฝ้าระวัง ตรวจสอบการ
เปลีย
่ นแปลงและสั ญญานอันตรายตางๆของ
่
 ทหาร-ตารวจ หลายคนมี "หัวจิตหัวใจ" ที่
แข็งแกรงกว
า่
่
ั จะยอม
ขีดจากัดของรางกาย
เขาไมมี
่
่ วน
แพ้ เขาไมมี
ั จะขอพักขอทุเลาการฝึ ก
่ วน
เขาไมมี
ั จะออกนอกแถว เขาไมมี
ั จะทิง้
่ วน
่ วน
เพือ
่ นหรือทิง้ ภารกิจทีไ่ ดรั
้ บมอบหมาย
 เราไดยิ
ญเสี ยคนพวกนี้ไป คนแลว
้ นขาวสู
่
้
คนเลา่ ในบางหลักสูตรทีห
่ นักหนาสาหัส
ทัง้ ในประเทศและตางประเทศ
จากการขาด
่
น้าและขาดเกลือแร่
 หลาย สถาบันพยายามทีจ
่ ะลดความสูญเสี ย
ตรงจุดนี้ โดยการ ศึ กษา ติดตามความรู้
ดานวิ
ทยาศาสตรการกี
ฬาทีเกีย
่ วของ
และ
้
้
์
34
เหตุผลทีข
่ าดสมดุลเกลือแรแล
้
่ ว
เสี ยชีวต
ิ ได้
• เกลือแร่ เป็ นสิ่ งจาเป็ นตอร
ที่
่ างกายมาก
่
สาคัญก็ม ี โซเดียม โปตัสเซียม และแค
ลเซีย
่ ม การทางานของกลามเนื
้อทุกส่วน
้
จะตองมี
กระบวนการแลกเปลีย
่ นสารเหลานี
้
่ ้
เขาๆออกๆเซลล
ต
างกายรวมทั
ง้ เซลล ์
้
่
่
์ างๆของร
กลามเนื
้อหัวใจ
้
• แคลเซีย
่ มก็สาคัญมาก ขาดนิดขาดหน่อย
หัวใจจะเตนไม
ปกติ
แตโชคดี
ทรี่ างกายมี
แค
้
่
่
่
ลเซีย
่ มสะสมอยูมากในกระดู
ก พอจะ
่
หมุนเวียนมาสนับสนุ นได้
ข้อมูลจาก tosapol http://www.afaps.ac.th/forum/index.php?topic=
เหตุผลทีข
่ าดสมดุลเกลือแรแล
้
่ ว
เสี ยชีวต
ิ ได้
 โซเดียม ก็สาคัญ แตมี
่ ปริมาณในเลือดสูง
กวาโปตั
สเซียม ขาดไปบางก็
ยงั พอมีเวลา
่
้
ปรับตัวไหว เช่นมี ๑๔๐ ขาดไป ๑๐ ก็
ยังเหลือ ๑๓๐ คิดเป็ นเปอรเซนต
ก็
ก
่
์
์ ไมมากนั
บหลักหน่วย สมมุต ิ
 แตโปตั
สเซียม มีแคระดั
่
่
วามี
๔ ถ้าขาดไป ๑ เหลือ ๓ เทากั
่
่ บ
วาขาดไปถึ
ง ๒๕ เปอรเซ็
่
์ นต ์
 การขาดโปตัสเซียมทาให้หัวใจเตนผิ
้ ดจังหวะ
และหยุดเตนได
้
้
 การออกกาลังกายหนัก มีเหงือ
่ ออกมาก จะ
เสี ย
โซเดียมไดมาก
้
http://www.afaps.ac.th/forum/index.php?topic=7.60
แหลงอาหารโปแตสเซี
ยม
่
 กระจายอยูในอาหารทั
ว่ ไปตามธรรมชาติ
่
ทัง้ ในพืช สั ตว ์ เช่น ในถัว่ ธัญพืช
ผักใบเขียว เนื้อสั ตวต
ผลไมต
่
้ างๆ
่
์ างๆ
เช่น ส้ม กลวย
ลูกพรุน
้
 โปแตสเซียมทีอ
่ ยูในอาหารจะอยู
ในรู
ป
่
่
เกลือหรือสารประกอบทีล
่ ะลายน้าไดดี
้
หลักการดืม
่ น้า
ขอมู
ั พบวา่ หลังออกกาลังกายแลว
้ ลวิจย
้
ให้ดืม
่ น้า
 พบวา่ แตละคนดื
ม
่ น้าไป ประมาณ สาม
่
ในสี่ ส่วน ของปริมาณน้า(เหงือ
่ )ทีเ่ สี ยไป
เทานั
่ หาย
่ ้น ก็จะพึงพอใจ รูสึ้ กสดชืน
กระหายน้า
 ดังนั้น เมือ
่ เลนกี
่ ฬา หรือ ออกกาลังกาย
ใดๆแลว
่ น้าไปสามแกว
้ หากเราดืม
้ แลว
้
น
่ พอเพียง หายกระหาย
รูสึ้ กวาสดชื
่
แลว
งขาดน้าอีก
้ แสดงวา่ รางกายเรายั
่
ประมาณหนึ่งแกว
้

เราตองทดแทนเกลื
อแรมาก
้
่
น
อยแค
ไหน
้
่ แ่ ข็งแรงดี มักจะมี
 โดยทัว่ ไป คนปกติ ที
ปริมาณเกลือแรที
่ าเป็ นสารองอยูในระบบ
่ จ
่
ตางๆของร
างกายอย
างพอเพี
ยง โดยไมต
่
่
่
่ อง
้
ทดแทนเพิม
่ เติมเป็ นพิเศษใดๆ
หากออก
กาลังกายหนักปานกลาง เป็ นเวลาประมาณ
๔๕ นาที ถึง ๑ ชม. หรือเต็มทีก
่ ็ หนึ่ง
ชัว
่ โมงครึง่ ซึง่ เป็ นเกณฑที
่ นทัว่ ๆไปเลนกี
่ ฬา
์ ค
หรือออกกาลังกายเพือ
่ สุขภาพกันโดยทัว่ ไป
 แตในการเล
นกี
่ การแขงขั
่
่ ฬาหนักๆเพือ
่ น หรือ
การฝึ กตางๆ
ในระบบของทหาร-ตารวจ จะ
่
มีความหนัก ความนาน มากกวาที
่ ลาวไว
่ ก
่
้
แลว
่ (ซึง่ ก็คอ
ื เสี ยน้าและ
้ มักจะมีการเสี ยเหงือ
เกลือแร)่ มากจนถึงจุดทีจ
่ าเป็ นจะตองได
รั
้
้ บ
แบตเตอรี่
 แบตเตอรี่ เป็ นเซลลกั
์ ลป์วานิก หรือ
อนุ กรมของเซลลกั
่ อกั
่ นแลว
้
์ ลป์วานิก ทีต
สามารถใช้เป็ นแหลงไฟฟ
่
้ าได้
แบตเตอรีช
่ นิดเซลลแห
์ ้ง(dry cell
battery)
คือ เซลลเลดลั
งเช่
์
ใช้ในกระบอกไฟฉาย
,วิทยุ
แอโนด คือ กระบอก
สั งกะสี ทีส
่ ั มผัสอยูกั
่ บ
MnO2 และ อิเล็กโทรไลต ์
(NH4Cl,ZnCl2ในน้า)
มีศักยไฟฟ
้ าประมาณ
์
1.5 V
แบตเตอรีป
่ รอท
 ใช้มากในอุตสาหกรรม
การแพทยและ
์
อิเล็กทรอนิกส์
 ราคาสูงกวาเซลล
แห
่
์ ้ง
 บรรจุในกระบอกเหล็กกลา้
ไรสนิ
้ ม
 Zn(Hg)+HgO(s)ZnO(s
+Hg(l)
 ให้ศั กยไฟฟ
้ า 1.35V คงท
์
แบตเตอรีต
่ ะกัว่
มี 6 เซลล ์ ให้
กระแสไฟฟ้าเซลล ์
ละ 2 V รวม
12V
สามารถชารจ์
ใหมได
่ ้
ดปฏิก
ริ ย
ิ า
Anode: Pb(s)+SO42-(aq) เกิ
PbSO
4(s)+2eย(aq)+2eอนกลั
บได้
Cat: PbO2(s)+4H+(aq)+SO42้
PbSO4(s)+2H2O(l)
Redox:
ขอควรทราบเกี
ย
่ วกับแบตเตอรี่
้
 ปฏิกริ ย
ิ าเคมีไฟฟ้าในแบตเตอรี่ ใช้กรดซัล
ฟุรก
ิ ดังนั้น ระดับการปลอยประจุ
ไฟฟ้า
่
ของแบตเตอรี่ สามารถตรวจสอบไดโดย
้
การวัดคาความหนาแน
่
่ นของอิเล็กโทรไลต ์
(กรดซัลฟุรก
ิ ) ดวยไฮโดรมิ
เตอร ์ ควรมีคา่
้
เทากับ หรือมากกวา่ 1.2 g/mg
 ในพืน
้ ทีอ
่ ากาศหนาวเย็น จะสตารทรถติ
ด
์
ยาก เนื่องจาก ความหนืดของอิเล็กโทร
ไลทเพิ
่ ขึน
้ ไอออนเคลือ
่ นทีไ่ ดช
้ ้ามาก
์ ม
ทาให้กาลังไฟฟ้าของแบตเตอรีล
่ ดลง
แบตเตอรีล
่ เิ ทียมไอออน
 ใช้ Li ซึง่ ให้ e-งายที
ส
่ ด
ุ
่
นน.เบาทีส
่ ุด
 Recharge ใหมได
่ ้ หลายรอย
้
ครัง้
 ใช้กับ Notebook,มือถือ,กลอง
้
ดิจท
ิ ล
ั
 Anode: Li(s)Li+ + e Cathode:Li++CoO2 +eLiCoO2(s)
เซลลเชื
้ เพลิง (fuel cell)
์ อ
 เป็ นเซลลกั
์ ลวานิกที่
ตองป
้ ้ อนสารตัง้ ตน
้
อยางต
อเนื
่
่ ่องให้
สามารถทางานได้
 เช่น เชือ
้ เพลิง H2O2ใช้งานในยาน
อวกาศ ไดน
้ ้ามาให้
นักบินอวกาศบริโภค
2H2(g) + 4OH-(aq) 
Anode:
4H2O(l) + 4eCathode:
O2(g) + 2H2O(l) +4e-
การกัดกรอน(Corrosion)
่
 เป็ นการเสื่ อมสภาพของโลหะโดย
กระบวนการเคมีไฟฟ้า
 การเกิดสนิม กอให
่
้เกิดการสูญเสี ย งป.ทร.
ในการซ่อมบารุงเรือรบ เป็ นวงเงินจานวน
มาก
H+มาจาก CO2
กับ น้า เกิด
เป็ นกรด
Anode: Fe(s)  Fe2+(aq)+2eE0= H2CO3
0.44V
Cathode: O2(g)+4H+(aq)+4e-2H2O(l)
E0= 1.23V
Redox: 2Fe(s)+O2(g)+4H+(aq) 2Fe2+(aq)+
2H2O(l)
48
E0 =1.23-(-0.44) = 1.67V
Fe2+ ถูกออกซิไดส์ตอด
O2 เป็ น
่ วย
้
Fe2O3.xH2O
 4Fe2+(aq)+O2(g)+(4+2x)H2O(l)
2Fe2O3.xH2O(s)+8H+(aq)
 Fe2O3.xH2O คือ สนิมเหล็ก
 มีความพรุน ทาให้น้าและออกซิเจนเขาท
้ า
ปฏิกริ ย
ิ าตอได
่
้
 ดังนั้น เมือ
่ เกิดสนิมแลว
้
จะผุกรอนต
ออย
างรวดเร็
ว
่
่
่
สนิมของอะลูมเิ นียม(ออกไซดของ
์
อะลูมเิ นียม)
 Al เกิดออกไซดได
าเหล็
ก(เสี ย e่
่
์ ง้ ายกว
งายกว
า)
่
่
 แตลั
้า
่ กษณะออกไซด ์ (Al2O3) ไมละลายน
่
จึง
ทาหน้าทีป
่ ้ องกันผิวอะลูมเิ นียมทีอ
่ ยู่
ทองแดงและเงินก็เกิดการกัดกรอนได
แต
่
้ ่
ช้ากวาเหล็
ก
่
 Cu เกิดเป็ น CuCO3 (สารสี เขียวแพทินา) ป้องกันผิวทองแดง
 Ag เกิด Ag2S ป้องกันผิวเงินเช่นกัน
การป้องกันการผุกรอนของโลหะ
่
 ใช้สี เคลือบผิว
 การซ่อมทาสี ตวั เรือใตแนวน
้า
้
 การซ่อมทาสี ตวั เรือเหนือแนวน้า
การป้องกันการผุกรอนของโลหะ
่
 การทาให้ผิวโลหะไมว่ องไวปฏิ
กริ ย
ิ าดวย
่
้
กระบวนการ passivation คือ การทา
ปฏิกริ ย
ิ ากับตัวออกซิไดส์ทีแ
่ รง เช่น กรด
ไนตริก ทาให้เกิดชัน
้ ออกไซดบางๆ
เคลือบ
์
การป้องกันการผุกรอนของโลหะ
่
 การทาให้เป็ นโลหะผสม หรือ อัลลอย
เช่นเหล็กกลาไร
สนิ
้
้ ม (โลหะผสมของเหล็ก
กับโครเมียม)
 การเคลือบผิวเหล็กดวยดี
บก
ุ
้
หรือ สั งกะสี
จงใช้คา่ E0 อธิบายวาเมื
่ อเกิดรอย
ขีดขวนบนโลหะต
อไปนี
้ ขอใด
่
่
้
เหล็กจะผุกรอนเร็
วกวา่
่
(a) เหล็กทีเ่ คลือบดีบก
ุ
(b) เหล็กเคลือบสั งกะสี
(a) เหล็กทีเ่ คลือบดีบก
ุ
• เมือ
่ เกิดรอยขีดขวนบนโลหะ
่
• เหล็กผุเร็วขึน
้ เพราะ Sn มีศักยไฟฟ
้ ารี
์
ดักชัน
่ มากกวา่ Fe จึงชิง e- จากเหล็ก
ได้
• Anode: Fe  Fe2++2eE0=0.44V
• Cathode: Sn2++2e- Sn
E0=0.14V
• E0cell = (-0.14)-(-0.44) = 0.30 V
(b)เหล็กเคลือบสั งกะสี
 เมือ
่ เกิดรอยขีดขวนบนโลหะ
่
 เหล็กผุช้ากวา่ เพราะ Zn มีศักยไฟฟ
้ ารี
์
ดักชัน
่ ตา่ กวา่ Fe จึงเสี ย e- แทนเหล็ก
ได้
 Anode: Zn  Zn2++2eE0=0.76V
 Cathode: Fe2++2e- Fe
E0=0.44V
 E0cell = (-0.44)-(-0.76) = 0.32 V
การป้องกันการผุกรอนของโลหะแบบแค
่
โทดิก
 Cathodic protection : ทาโดยให้โลหะที่
ตองการป
้
้ องกันเป็ นแคโทด โดยเอาโลหะอีก
ชนิดทีม
่ ค
ี า่ E0 ตา่ กวาเป็
่ นแอโนด (เสี ย eแทน) เช่น Zinc anode หรือสั งกะสี กน
ั
การแยกสลายดวยไฟฟ
้
้า
(electrolysis)
การแยกสลายดวย
้
ไฟฟ้า เป็ นกระบวนการ
ทีใ่ ช้พลังงานไฟฟ้าทา
ให้เกิดปฏิกริ ย
ิ าเคมี
เซลลอิ
์ เล็กโทรไลต ์
เป็
นอุ
ป
กรณ
ส
าหรั
บ
การ
์
การแยกโซเดียมคลอไรดด
์ วย
้
แยกสลายดวยไฟฟ
้
้า
ไฟฟ้า
ขัว้ บวก(oxidation) Anode: 2ClCl2(g)+2eขัว้ ลบ(reduction) Cathode: 2Na+ + 2e- 
2Na(l)
การแยกสลายน้าดวยไฟฟ
้
้า
ได้ O2ทีข
่ ว้ั +(oxidation,anode)
ได้ H2ทีข
่ ว้ั ลบ(reduction,cathode)
การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้าดวย
้
ไฟฟ้า
 กรณีนี้มน
ี ้ามาเกีย
่ วของด
วย
ตองพิ
จารณาคา่
้
้
้
E0 เทียบกับของน้าวาจะแยกได
สารอะไรที
่
่
้
แอโนดและแคโทด
 ปฏิกริ ย
ิ าทีอ
่ าจเกิดทีแ
่ อโนด คือ
(1) 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2eE0 = (1.36)
(2) 2H2O(l) O2(g)+4H+(aq)+4e- E0 = (1.23)
 คา่ E0 ของปฏิกริ ย
ิ าออกซิเดชัน
่ (2)>(1)
แสดงวา่ (2) มีโอกาสเกิดมากกวา่ (1) แตว่ า่
ในการทดลองกลับเกิด (1) เพราะ E0 มีคา
การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้า
ดวยไฟฟ
้
้า
 ปฏิกริ ย
ิ าทีอ
่ าจเกิดทีแ
่ คโทด คือ
(3) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) E0 = 0.83
(4) Na+(aq) +e-  Na(s)
E0= -2.71
 คา่ E0 ของปฏิกริ ย
ิ ารีดก
ั ชัน
่ (3)>(4) แสดงวา่
(3) มีโอกาสเกิดมากทีส
่ ุด
การแยกสลายสารละลาย NaCl ใน
น้าดวยไฟฟ
้
้า
ปฏิกริ ย
ิ าทีเ่ กิดจริง
คือ
Anode: (1)
2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2eCathode:(4) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH(aq)
63
Redox: 2Cl-(aq)+2H2O(l)
สรุป การแยกสลายดวยไฟฟ
้
้า
 ถ้าเป็ นสารหลอมเหลว เช่น NaCl
หลอมเหลว
อิออนบวก(Na+) จะรับ e- ทีข
่ ว้ั ลบ คือ
แคโทด
อิออนลบ(Cl-) จะให้ e- ทีข
่ ว้ั บวก คือ
แอโนด
 ถ้าเป็ นสารละลายจะมีน้าเขามาเกี
ย
่ วดวย
้
้
0 กับน้าวาตัวไหน
ตองเปรี
ย
บเที
ย
บค
า
E
้
่
่
แรงกวา จะเกิดปฏิกริ ย
ิ า
แบบฝึ กหัด หากเราแยกสลายสารละลาย
CuSO4 ในน้า ผลิตภัณฑที
่ อโนด
์ เ่ กิดทีแ
และแคโทดคืออะไร
•




กาหนดคา่ E0 ดังนี้
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 =
แบบฝึ กหัด หากเราแยกสลายสารละลาย
CuSO4 ในน้า ผลิตภัณฑที
่ อโนด
์ เ่ กิดทีแ
และแคโทดคืออะไร
CuSO4 แตกตัวให้ Cu2+ กับ SO42 ที่ Anode อาจเกิดปฏิกริ ย
ิ าตอไปนี
้
่
(1) 2H2O(l) O2(g)+4H+(aq)+4e- E0 = (1.23)
(2) SO42-(aq) S2O82-+2eE0 = (2.01)
ทีแ
่ อโนด คา่ E0 (1)>(2)  เกิด (1)
 ที่ Cathode อาจเกิดปฏิกริ ย
ิ าตอไปนี
้
่
(3) Cu2+(aq)+2e- 2Cu(s) E0 = +0.34
(4) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) E0 = 0.83

similar documents