1 เลขออกซิเดชัน
เลขออกซิเดชัน (Oxidation number หรือ Oxidation state)
เลขออกซิเดชัน ย่อว่า ON. คือค่าประจุไฟฟ้าที่สมมติขึ้นของไอออนหรืออะตอมของธาตุ โดยคิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้หรือรับหรือใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุตามเกณฑ์ที่กำหนดขึ้น เลขออกซิเดชันส่วนใหญ่เป็นเลขจำนวนเต็มบวกหรือลบหรือศูนย์ในสารประกอบไอออนิกอะตอมมีการให้และรับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นไอออนบวกและไอออนลบ ดังนั้นเลขออกซิเดชันจึงตรงกับค่าประจุไฟฟ้าที่แท้จริง ซึ่งมีค่าเท่ากับประจุไฟฟ้าของไอออนนั้นๆ ในสารประกอบโคเวเลนต์ อะตอมของธาตุใช้อิเล็กตรอนร่วมกันไม่ได้มีการให้ และรับอิเล็กตรอนเหมือนกับในสารประกอบไอออนิก ดังนั้นในกรณีนี้เลขออกซิเดชันเป็นแต่เพียงประจุสมมติ ส่วนอะตอมของธาตุใดจะมีค่าเลขออกซิเดชันเป็นบวกหรือลบ ให้พิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี อะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ ส่วนอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่าจะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวก ส่วนจะมีค่าบวกเท่าไรนั้นพิจารณาได้จากจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่อะตอมของธาตุนำไปใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุอื่น
หลักเกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน
การกำหนดเลขออกซิเดชันมีเกณฑ์ดังนี้
1. เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระทุกชนิดไม่ว่าธาตุนั้นหนึ่งโมเลกุลจะประกอบด้วย กี่อะตอมก็ตามมีค่าเท่ากับศูนย์ เช่น Na, Zn, Cu, He, H 2, N 2, O 2, Cl 2, P 4, S 8 ฯลฯ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์
2. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบโดยทั่วไป (H รวมตัวกับอโลหะ ) เช่น HCl , H 2O , H 2SO 4 ฯลฯ มีค่าเท่ากับ + 1 แต่ในสารประกอบไฮไดรด์ของโลหะ (H รวมตัวกับโลหะ ) เช่น NaH , CaH 2 ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1
3. เลขออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบโดยทั่วไปเท่ากับ -2 แต่ในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H 2O 2 และ BaO 2 ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 ในสารประกอบซุปเปอร์ออกไซด์ ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1/2 และในสารประกอบ OF 2 เท่านั้น ที่ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2
4. เลขออกซิเดชันของไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันมีค่าเท่ากับประจุที่แท้จริงของไอออนนั้น เช่น Mg 2+ ไอออน มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 ,F - ไอออนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 เป็นต้น
5. ไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่าหนึ่งชนิด ผลรวมของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดจะเท่ากับประจุที่แท้จริงของไอออนนั้น เช่น SO 4 2- ไอออน เท่ากับ – 2 เลขออกซิเดชันของ NH 4 + ไอออนเท่ากับ + 1 เป็นต้น
6. ในสารประกอบใดๆ ผลบวกของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดเท่ากับศูนย์ เช่น H 2O H มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ + 1 แต่มี H 2 อะตอม จึงมีเลขออกซิเดชันทั้งหมด เท่ากับ + 2 O มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ – 2 เมื่อรวมกันจะเท่ากับศูนย์เป็นต้น
เพิ่มเติม
1. ธาตุหมู่ IA , IIA , IIIA ในสารประกอบต่างๆ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 , + 2 , + 3 ตามลำดับ
2. ธาตุอโลหะส่วนใหญ่ในสารประกอบมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น Cl ใน HCl HClO HClO 2 HClO 3 และ HClO 4 มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ - 1, +1, +3, +5 และ +7 ตามลำดับ
3. ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชันได้มากกว่าหนึ่งค่า เช่น Fe ใน FeO และ Fe 2O 3 มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 และ +3 ตามลำดับ
การหาเลขออกซิเดชัน การหาเลขออกซิเดชันอาจทำได้โดยวิธีดังนี้
1. สมมติเลขออกซิเดชันของธาตุที่ต้องการหา
2. นำค่าเลขออกซิเดชันของธาตุที่ทราบแล้ว และเลขออกซิเดชันของธาตุที่ต้องการหาเขียนเป็นสมการตามข้อตกลงในข้อ 5 และข้อ 6 แล้วแก้สมการเพื่อหาเลขออกซิเดชันของธาตุ ดังกล่าว
3. สำหรับสารประกอบไอออนิก ที่ประกอบด้วยไอออนเชิงซ้อน และไม่ทราบค่า เลขออกซิเดชันของธาตุมากกว่า 1 ธาตุ เมื่อต้องการหาค่าเลขออกซิเดชันของธาตุ ควรแยกเป็นไอออนบวกและไอออนลบก่อน จึงสมมติค่าเลขออกซิเดชันของธาตุที่ต้องการหา แล้วนำ ค่าเลขออกซิเดชันของธาตุที่ทราบแล้วกับธาตุที่ต้องการทราบไปเขียนสมการตามข้อตกลงในข้อ 5 จากนั้นจึงแก้สมการเพื่อหาเลขออกซิเดชันของธาตุดังกล่าว
2 ปฏิกิริยารีดอกซ์
ไฟฟ้าเคมี เป็นการศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า กระแสไฟฟ้าทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีหากใช้การถ่ายเทอิเล็กตรอนเป็นเกณฑ์แล้ว ปฏิกิริยาเคมีแบ่งเป็น 2 ประเภท
1. ปฏิกิริยาที่มีการถ่ายเท e- เรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction)
2. ปฏิกิริยาที่ไม่มีการถ่ายเทe- เรียกว่าปฏิกิริยานอนรีดอกซ์ (Nonredox Reaction)
ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction หรือ Oxidation-reduction Reaction) หมายถึง ปฏิกิริยาที่มีการให้และรับอิเล็กตรอน ซึ่งประกอบด้วย 2 ครึ่งปฏิกิริยา ดังนี้
1) ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) เป็นปฏิกิริยาที่มีการให้อิเล็กตรอน ซึ่งสารที่ให้อิเล็กตรอนจะมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น เรียกว่า เกิดออกซิเดชัน
Zn(s) ® Zn2+(s) + 2e–
Zn เป็นสารที่ให้อิเล็กตรอน เกิดเป็น Zn2+ สารที่ให้อิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวรีดิวซ์ (Reducing agent)
2) ปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction reaction) เป็นปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอน ซึ่งสารที่รับอิเล็กตรอนจะมีเลขออกซิเดชันลดลง เรียกว่า เกิดรีดักชัน
Cu2+(s) + 2e– ® Cu(s)
Cu2+ เป็นสารที่รับอิเล็กตรอน เกิดเป็น Cu สารที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า ตัวออกซิไดส์ (Oxidizing agent) ปฏิกิริยาในออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ Zn ให้อิเล็กตรอนจึงเป็นตัวรีดิวซ์ และ Cu2+ รับอิเล็กตรอนจึงเป็นตัวออกซิไดส์ หรือกล่าวได้ว่า Cu2+ ถูกรีดิวซ์ และ Zn ถูกออกซิไดส์
ตัวออกซิไดส์และตัวรีดิวซ์
- ตัวออกซิไดส์ หมายถึงสารที่รับอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นสารที่ทำให้อะตอมอื่นมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น
- ตัวรีดิวซ์หมายถึงสารที่ให้อิเล็กตรอน ซึ่งเป็นสารที่ทำให้อะตอมอื่นมีเลขออกซิเดชันลดลง
การพิจารณาว่าเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์หรือไม่
1. ในปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นมีเลขออกซิเดชันเปลี่ยนไปหรือ ถ้าเลขออกซิเดชันเปลี่ยนแปลงโดยสารหนึ่งมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น และอีกสารหนึ่งมีเลขออกซิเดชันลดลง แสดงว่าเป็นปฏิกิริยารัดอกซ์
2. ถ้าในปฏิกิริยามรธาตุอิสระอยู่ด้วย ปฏิกิริยานั้นจะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ เพราะธาตุอิสระมีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์ จะถูกเปลี่ยนให้มีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้นหรือลดลง
ข้อสังเกต
1. อโลหะอิสระมักจะเป็นตัวออกซิไดซ์ เพราะอโลหะชอบรักอิเล็กตรอน
2. โลหะอิสระจะเป็นตัวรีดิวซ์ เพราะโลหะเสียอิเล็กตรอนได้ง่าย
3. สารประกอบที่มีธาตุออกซิเจนเป็นองค์ประกอบมากกว่ามักจะเป็นตัวออกซิไดซ์ ส่วนสารที่มีออกซิเจนน้อยกว่า หรือไม่มีเลยมักจะเป็นตัวรีดิวซ์
4. ไอออนบวกมักจะเป็นตัวออกซิไดซ์ ส่วนไอออนลบมักจะเป็นตัวรีดิวซ์
สรุปได้ว่าการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์จะต้องประกอบไปด้วย
1. สารที่ให้ e- เรียกว่าตัวรีดิวซ์ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation Reaction)
2. สารที่รับ e- เรียกว่าตัวออกซิไดซ์ เกิดปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction Reaction)
3 เซลล์กัลวานิก(1)
เซลล์กัลวานิก
ได้กล่าวถึงปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเมื่อนำแผ่นสังกะสีจุ่มลงในสารละลายของทองแดง หรือตัวรีดิวซ์จุ่มลงในตัวออกซิไดซ์โดยตรงแล้วในบทนำ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทำให้เกิดพลังงานในรูปของความร้อน แต่ถ้าแยกตัวรีดิวซ์ออกจากตัวออกซิไดซ์ แล้วเชื่อมต่อวงจรภายนอกและสะพานเกลือ (salt bridge) อิเล็กตรอนก็จะถูกถ่ายโอนผ่านตัวกลางภายนอกจากขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไปยังขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ เซลล์ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีนี้เรียกว่าเซลล์กัลวานิก หรือเซลล์โวลตาอิก (galvanic cell or voltaic cell)
จากรูปเซลล์กัลวานิกประกอบด้วยสองครึ่งเซลล์ โดยแต่ละครึ่งเซลล์จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าที่จุ่มลงไปในสารละลาย แท่งสังกะสีและแท่งทองแดงในเซลล์เป็นขั้วไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรด (electrode) ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า ขั้วแอโนด (anode) และขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่าขั้วแคโทด (cathode)
ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด (Zn) Zn(s)-------> Zn2+(aq) + 2e-
ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (Cu) Cu2+(aq) + 2e------> Cu(s)
หมายเหตุ : ประจุที่สะสมจะทำให้ออกซิเดชันที่แคโทดและรีดักชันที่แอโนดเกิดยากขึ้น
ระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้นที่ขั้วแอโนด Zn จะค่อย ๆ กร่อนแล้วเกิดเป็น Zn2+ ละลายลงมาในสารละลายที่มี Zn2+ และ SO42- ส่วนที่ขั้วแคโทด Cu2+ จากสารละลายเกิดปฏิกิริยารีดักชันกลายเป็นอะตอมของทองแดงเกาะอยู่ที่ผิวของขั้วไฟฟ้า เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปจะพบว่าในครึ่งเซลล์ออกซิเดชันสารละลายจะมีประจุบวก (Zn2+) มากกว่าประจุลบ (SO42-) และในครึ่งเซลล์รีดักชันสารละลายจะมีประจุลบ (SO42-) มากกว่าประจุบวก (Cu2+) จึงเกิดความไม่สมดุลทางไฟฟ้าขึ้น
ปัญหานี้สามารถที่จะแก้ไขได้โดยการใช้ สะพานเกลือ (salt bridge) เชื่อมต่อระหว่างสองครึ่งเซลล์ ซึ่งสะพานเกลือทำจากหลอดแก้วรูปตัวยู ภายในบรรจุอิเล็กโตรไลต์ที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสารในเซลล์และมีไอออนบวก ไอออนลบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกัน หรือทำจากกระดาษกรองชุบอิเล็กโตรไลต์ โดยสะพานเกลือทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่เชื่อมต่อระหว่างครึ่งเซลล์ทั้งสอง และเป็นสิ่งที่ป้องกันการเกิดการสะสมของประจุโดยไอออนบวกจากสะพานเกลือจะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุลบมาก ในทางตรงกันข้ามไอออนลบก็จะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุมาก จึงทำให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้ในเวลาที่มากขึ้น
และเนื่องจากครึ่งเซลล์ทั้งสองเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก ครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันสูงกว่าจะเกิดรีดักชัน และครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันต่ำกว่าจะ(ถูกบังคับให้)เกิดออกซิเดชัน ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดนี้ เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive force: emf) และมีหน่วยเป็นโวลต์ (volt)
เซลล์กัลวานิกมีหลายประเภท
1. เซลล์ปฐมภูมิ
2. เซลล์ทุติยภูมิ
4 เซลล์กัลวานิก(2)
1. เซลล์แอลคาไลน์ (Alkaline Cell)
เซลล์แอลคาไลน์มีส่วนประกอบของเซลล์เหมือนกับเซลล์เลอคลังเช แต่มีสิ่งที่แตกต่างกันคือเซลล์แอลคาไลน์ใช้ เบสซึ่งได้แก่โพแตสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH ) เป็นอิเล็กโทรไลต์แทนแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH 4Cl) และเนื่องจากใช้สารละลายเบสนี่เองเซลล์ชนิดนี้จึงถูกเรียกว่า เซลล์แอลคาไลน์
ที่ขั้วแอโนด (Zn -ขั้วลบ) Zn ถูกออกซิไดซ์
Zn(s) + 2OH-(aq) ------> ZnO(s) + H2O(l) + 2e-
ที่ขั้วแคโทด (C -ขั้วบวก) MnO2 จะถูกรีดิวซ์ ไปเป็น Mn2O3
2MnO2(s) + H2O(l) + 2e -------> Mn 2O 3(s) + 2OH -(aq)
สมการรวม Zn (s ) + 2MnO 2(s)------> ZnO(s) + Mn 2O 3(s)
เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.5 โวลต์ แต่ให้กระแสไฟฟ้าได้มากกว่าและนานกว่าเซลล์แห้ง เพราะ OH - ที่เกิดขึ้นที่ขั้วคาร์บอนสามารถนำกลับไปใช้ที่ขั้วสังกะสีได้
2. เซลล์ปรอท (Mercury Cell)
มีหลักการเช่นเดียวกับเซลล์แอลคาไลน์ แต่ใช้เมอร์คิวรี (II ) ออกไซด์ (HgO ) แทนแมงกานีส (IV ) ออกไซด์ (MnO 2) เป็นเซลล์ที่มีขนาดเล็กใช้กันมากในเครื่องฟังเสียงสำหรับคนหูพิการ หรือใช้ในอุปกรณ์อื่น เช่น นาฬิกาข้อมือ เครื่องคิดเลข เซลล์นี้จะให้ศักย์ไฟฟ้าประมาณ 1.3 โวลต์ ให้กระแสไฟฟ้าต่ำ แต่สามารถให้ค่าศักย์ไฟฟ้าคงที่ตลอดอายุการใช้งาน มีปฏิกิริยาเคมีดังนี้
ที่ขั้วแอโนดZn (s ) + 2OH -(aq)------> ZnO(s) + H 2O(l) + 2e -
ที่ขั้วแคโทดHgO (s ) + H 2O(l) + 2e -------> Hg(l) + 2OH -(aq)
ปฏิกิริยารวม Zn (s ) + HgO (s )------> ZnO(s) + Hg(l)
ส่วนประกอบของเซลล์ปรอท
เซลล์ทุติยภูมิมีหลายชนิด เช่น
1. แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว ( Lead Storage Battery)
แบตเตอรี่คือเซลล์ไฟฟ้าหลาย ๆ เซลล์ต่อกันเป็นอนุกรม แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วนี้เป็นแบตเตอรีที่ใช้ในรถยนต์ โดยประกอบด้วยเซลล์ไฟฟ้า 6 เซลล์ แต่ละเซลล์จะมีศักย์ไฟฟ้า 2 โวลต์ ดังนั้นแบตเตอรี่ในรถยนต์มีศักย์ไฟฟ้า 12 โวลต์ ่วนประกอบของแบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว
1) เมื่ออัดไฟครั้งแรก 2) เมื่อจ่ายไฟ 3) เมื่ออัดไฟครั้งต่อไป
แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วจะประกอบด้วยอิเล็กโทรดคือแผ่นตะกั่ว มีกรดซัลฟิวริกเจือจางเป็นอิเล็กโทรไลต์ เมื่อมีการอัดไฟครั้งแรกแผ่นตะกั่วที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี (ขั้วแอโนด) จะถูกออกซิไดซ์เป็นเลด (II ) ไอออน ดังสมการ
Pb(s)------> Pb 2+(aq) + 2e -
เมื่อรวมกับออกซิเจนที่เกิดขึ้นจะกลายเป็นเลด (IV ) ออกไซด์
Pb 2+(aq) + O 2(g)------>PbO2(s)
ดังนั้นที่ขั้วแอโนด (ขั้วบวก) แผ่นตะกั่วจะถูกเปลี่ยนเป็นเลด (IV ) ออกไซด์ขั้วไฟฟ้าจึงแตกต่างกัน (ขั้วแอโนด-ขั้วบวก: PbO2 และขั้วแคโทด-ขั้วลบ: Pb) ทำให้สามารถเกิดกระแสไฟฟ้าได้หรือจ่ายไฟได้นั่นเอง การจ่ายไฟเกิดขึ้น ดังสมการ
ขั้วแอโนด-ขั้วลบ: Pb (s ) + SO4 2-(aq)------> PbSO4(s) + 2e-
ขั้วแคโทด-ขั้วบวก:PbO 2(s) + SO 4 2-(aq) + 4H +(aq) + 2e------> PbSO 4(s) + 2H 2O(l)
อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากขั้วแอโนดหรือขั้วลบผ่านวงจรภายนอกไปยังขั้วแคโทดหรือขั้วบวก จากสมการจะสังเกตได้ว่ามีผลิตภัณฑ์คือ PbSO 4(s) เกิดขึ้นเหมือนกัน ดังนั้นเมื่อใช้แบตเตอรี่ไประยะหนึ่งความต่างศักย์จะลดลง และจะลดลงไปเรื่อย ๆ จนกระทั่งเป็นศูนย์ ทั้งนี้เนื่องจากขั้วไฟฟ้าทั้งคู่เหมือนกัน จึงไม่มีความแตกต่างของศักย์ไฟฟ้าระหว่างขั้วทั้งสอง
ปฏิกิริยาของเชลล์ข้างบนเป็นผันกลับได้ ดังนั้นถ้าต้องการให้เกิดการผันกลับจึงจำเป็นต้องมีการอัดไฟฟ้าใหม่ โดยการต่อขั้วบวกของเซลล์กับขั้วบวกของแบตเตอรี่และขั้วลบกับขั้วลบของแบตเตอรี่ ปฏิกิริยาข้างบนก็จะเปลี่ยนทิศทางเป็นจากขวาไปซ้าย ในลักษณะนี้เลด(II ) ซัลเฟตที่ขั้วลบก็จะเปลี่ยนเป็นตะกั่ว ส่วนอีกขั้วหนึ่ง เลด (II ) ซัลเฟตจะเปลี่ยนเป็นเลด (IV ) ออกไซด์ ดังสมการ
ขั้วแอโนด-ขั้วบวก: PbSO 4(s) + 2H 2O(l)----->PbO 2(s) + SO 4 2-(aq) + 4H +(aq) + 2e -
ขั้วแคโทด-ขั้วลบ: PbSO 4(s) + 2e -------> Pb(s) + SO4 2-(aq)
จากปฏิกิริยาในขณะที่มีการจ่ายไฟฟ้า ความเข้มข้นของกรดจะลดลงเรื่อย ๆ จากปกติที่มีความถ่วงจำเพาะ ประมาณ 1.25 ถึง 1.30 แล้วแต่อุณหภูมิในขณะนั้น ๆ ถ้าหากเมื่อใดมีความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า 1.20 ที่อุณหภูมิของห้องก็ควรจะมีการอัดไฟฟ้าใหม่ได้
2. ซลล์นิกเกิล-แคดเมียม หรือเซลล์นิแคด (Nickel-Cadmium Cell)
ที่ขั้วแอโนด: Cd(s) + 2OH -(aq)------>Cd(OH) 2(s) + 2e -
ที่ขั้วแคโทด: NiO 2(s) + 2H 2O(l) + 2e ------->Ni(OH) 2(s) + 2OH -(aq)
ปฏิกิริยารวม: Cd(s) + NiO 2(s) +2H 2O(l)------> Cd(OH) 2(s) + Ni(OH) 2(s)
3. เซลล์ลิเทียมไอออน ( Lithium Ion Cell)
เซลล์ลิเทียมอาจให้ศักย์ไฟฟ้าสูงถึง 3 โวลต์ เป็นเซลล์ที่ใช้อิเล็กโทรไลต์เป็นของแข็งได้แก่สารพอลิเมอร์ที่ยอมให้ไอออนผ่านแต่ไม่ยอมให้อิเล็กตรอนผ่าน ขั้วแอโนดคือลิเทียมซึ่งเป็นธาตุที่มีค่าศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานต่ำที่สุด มีความสามารถในการให้อิเล็กตรอนได้ดีที่สุด ส่วนแคโทดใช้สารที่เรียกว่าสารประกอบแทรกชั้น (Insertion Compound ) ได้แก่ TiS 2 หรือ V 6O 13
5 การเขียนแผนภาพเซลล์กัลวานิก
แผนภาพเซลล์กัลวานิก เขียนได้ดังนี้
3.1. เขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไว้ทางซ้ายมือ โดยเขียนขั้วไฟฟ้าไว้ทางซ้ายสุด ตามด้วยไอออนในสารละลาย และใช้เส้นเดี่ยว / ขีดคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้ากับไอออนในสารละลาย เช่น Zn(s)/Zn2+(aq)
3.2. เขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันไว้ทางขวามือ โดยเขียนไอออนในสารละลายก่อน ตามด้วยขั้วไฟฟ้าไว้ทางขวาสุด และใช้เส้นเดี่ยว / ขีดคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้ากับไอออนในสารละลาย เช่น Cu2+(aq)/Cu(s)
3.3. สำหรับครึ่งเซลล์ที่ประกอบด้วยโลหะกับก๊าซ ใช้เส้นเดี่ยว / ขีดคั่นระหว่างขั้วไฟฟ้ากับก๊าซและระหว่างไอออนในสารละลาย เช่น Pt(s)/H2(g,1 atm)/H+(aq)
3.4. สำหรับครึ่งเซลล์ที่เป็นก๊าซ จะใช้ขั้วไฟฟ้าที่ทำจากวัสดุซึ่งไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซและสารอิเล็กโทรไลต์
3.5. เขียนเส้นคู่ขนาน // แทนสะพานไอออนกั้นระหว่างครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับปฏิกิริยารีดักชัน เช่น Zn(s)/Zn2+(aq)// Cu2+(aq)/Cu(s) Pt(s)/H2(g,1 atm)/H+(1 mol/dm3)// Cu2+(1 mol/dm3)/Cu(s)
3.6. สำหรับครึ่งเซลล์ที่มีสารสถานะเดียวกันมากกว่าหนึ่งชนิด ให้ใช้เครื่องหมายจุลภาค (,) คั่นระหว่างไอออนทั้งสอง เช่น Fe(s)/Fe2+(aq),Fe3+(aq)// Cu2+(aq)/Cu(s)
3.7. การระบุความเข้มข้นของไอออนในสารละลายหรือสถานะของสาร ให้เขียนไว้ในวงเล็บ
ตัวอย่าง การเขียนแผนภาพเซลล์ไฟฟ้าเคมี
1. A | A2+(aq) || B2+(aq) | B หรือ A | A2+ || B2+ | B
2. Zn | Zn2+(0.1 M) || Cu2+(0.1 M) | Cu
3. Pt | H2(1 atm) | H+(1 M) || Cu2+ | Cu(s)
6 เซลล์อิเล็กโทรไลต์
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ หมายถึง เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นปฏิกิริยาเคมี หรือเป็นระบบที่เกิดกระบวนการอิเล็กโทรลิซีส
อิเล็กโทรลิซีส (Electrolysis) หมายถึงกระบวนการแยกสลายสารเคมีด้วยกระแสไฟฟ้า ซึ่งทำได้โดยผ่านกระแสไฟฟ้าลงในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ หรือสารอิเล็กโทรไลต์ที่หลอมเหลว แล้วสารอิเล็กโทรไลต์เกิดการแยกสลายได้สารใหม่เกิดขึ้นที่ขั้วแอโนดและขั้วแคโทด
ส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้ว จุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์หรืออิเล็กโทรไลต์ที่หลอมเหลว ขั้วไฟฟ้าทั้งสองต่อกับขั้วบวกและขั้วลบของแบตเตอรี่ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่ เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่าแอโนด และเป็นขั้วบวก ส่วนขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกขั้วไฟฟ้านี้ว่าแคโทด และเป็นขั้วลบ
ขั้วไฟฟ้า (Electrode) คือแผ่นตัวนำที่จุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แล้าต่อกับเซลล์ไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ แบ่งเป็นแอโนด และ แคโทด
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ คือสารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เพราะมี Iron (+) + Iron(-)
Iron (+) วิ่งไปรับอิเล็กตรอนที่ขั้วลบ เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จึงเรีบกขั้วลบว่า แคโทด และเรียกไอออนบวกว่า แคตไอออน (cathion)
Iron (-) วิ่งไปให้ e- ที่ขั้วบวกเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า แอโนด และเรียก Iron (-) ว่า แอนไอออน (Anion) ดังนั้น ที่Anode มี Anion คือ ไอออนลบ และที่ Cathode มี Cathion คือ Ion บวก
Anode (oxidation) ตรงกับขั้วบวก Cathode (Reduction) ตรงกับขั้วลบ
อ้างอิง :
SciMath : โดยคุณอนุสิษฐ์ เกื้อกูล ลิขสิทธิ์โดยสถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
เรื่อง : ไฟฟ้าเคมี