เคมีไฟฟ้า

Download Report

Transcript เคมีไฟฟ้า

่
สัปดาห ์ที ๑๒
เคมีไฟฟ้า
เคมีไฟฟ้า
ปฏิก ิรย
ิ ารีดอกซ ์
เซลล ์กัลวานิ ก
่ั
ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชนมาตรฐาน
้
การเกิดขึนเองได้
ของปฏิก ิรย
ิ ารีดอกซ ์
ผลของความเข้มข้นต่อค่า emf ของ
เซลล ์
แบตเตอรี่
การกัดกร่อน
การแยกสลายด้วยไฟฟ้า
เคมีไฟฟ้า(electrochemistry)
่
• เคมีไฟฟ้า คือ สาขาของเคมีทเกี
ี่ ยวข้
องกับ
่
การเปลียนแปลงระหว่
างพลังงานไฟฟ้าและ
พลังงานเคมี
ปฏิก ิรย
ิ ารีดอกซ ์
• กระบวนการไฟฟ้าเคมี คือ ปฏิก ิรย
ิ ารีดอกซ ์
่ั
่ั
(ออกซิเดชน-รี
ดก
ั ชน)
ปฏิก ิรย
ิ าเคมี
ปฏิก ิรย
ิ า
ไฟฟ้า
 ปฏิก ิรย
ิ ารีดอกซ ์ จะมีการถ่ายโอน e จากสาร
หนึ่ งไปสู ่อก
ี สารหนึ่ ง เช่น
่ั
เลขออกซิเดชน
0
+1
+2
0
Mg(s) + 2HCl(aq) 
MgCl2(aq)+H2(g)
เซลล ์กัลวานิ ก (Galvanic cell)
การทดลองจุม
่ โลหะสังกะสี
(Zn) ลงในสารละลาย
CuSO4
ผล โลหะสังกะสี (Zn) กร่อน
และมีโลหะสีน้ าตาลแดง
่ งกะสี
(Cu)มาเกาะทีสั
สารละลายสี
ฟ
้
าจางลง
+ Cu2+(aq)  Zn2+(aq) +
Zn(s)
Cu(s)
Zn เป็ นตัว
รีดวิ ส ์ เกิด
Cu2+ตัวออก
ซิไดส ์
เซลล ์กัลวานิ ก (Galvanic cell)
• ทาโดยแยกตัวออกซิไดส ์และตัวรีดวิ ส ์ออกจาก
่ าไฟฟ้าช่วยในการถ่าย
กันแล้วใช้ตวั กลางทีน
โอน e
่
• เมือปฏิ
ก ิ รย
ิ าเกิดสม่าเสมอก็จะมีการไหลของ
้
e- เกิดกระแสไฟฟ้าขึน
6
่
นิ ยามในเรืองของเซลล
์ก ัล
วานิ ก
้ เกิ
่ ดปฏิก ิรย
่ั
• แอโนดคือขัวที
ิ าออกซิเดชน
้ เกิ
่ั
่ ดปฎิก ิรย
• แคโทด คือ ขัวที
ิ ารีด ักชน
้
• กระแสไฟฟ้า(e)ไหลจากขัวแอโนด
(Zn)ไปแคโทด(Cu)
้ งกะสี คือ แอโนด (anode =
• ขัวสั
oxidation)
Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e้
• ขัวทองแดง
คือ แคโทด (cathod =
reduction)
• สะพานเกลือ(salt bridge) : เป็ นตัวกลางที่
นาไฟฟ้า ทาให้วงจรไฟฟ้าสมบู รณ์ ให้
่
่ านตัวกลางด้าน
ไอออนสามารถเคลือนที
ผ่
หนึ่ งไปยังอีกด้านหนึ่ งได้
• เป็ นท่อรู ปตัวยู (U)กลับหัว ภายในบรรจุ
่ ทาปฏิก ิริยากับ
สารละลายอิเล็กโทรไลต ์ทีไม่
่
ไอออนอืนในสารละลาย
เช่น KCl , KNO3
หรือ NH4NO3
ความต่างศ ักย ์ของเซลล ์
 ความต่างศ ักย ์ของเซลล ์ คือ ความ
แตกต่างของศ ักย ์ไฟฟ้าระหว่างแอโนด
กับแคโทด
 วัดด้วยโวลท ์มิเตอร ์
่
 อาจแทนด้วยคาว่า แรงเคลือนไฟฟ
้ า หรือ
emf(E) และศ ักย ์ของเซลล ์
้ บ
 ความต่างศ ักย ์ของเซลล ์ ขึนกั
ธรรมชาติของอิเล็กโทรด และไอออน ,
ความเข้มข้นของไอออน และอุณหภู มท
ิ ี่
เซลล ์ทางาน
การเขียนแผนภาพเซลล ์หรือเซลล ์
ไดอะแกรม
ของเซลล ์กัลวานิ ก
เส้นเดียวแทนขอบเขตวัฎ
ภาค
Zn(s) Zn2+(1M)
2+
Cu (1M) Cu(s)
เขียนแอโนด
เขียนแคโทด
้
เส้นตังฉากคู ่
ทางซ ้ายของ
ทางขวาของ
แทนสะพานเกลือ
เส้นคู ่
เส้นคู ่
11
o)
่ั
ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชนมาตรฐาน(E
• ภายใต้สภาวะมาตรฐาน
(ความเข้มข้นสารละลาย
1 M, P=1 atm, T=
25oC)
• ศ ักย ์ไฟฟ้าสาหร ับปฏิก ิริยา
่ั
รีดก
ั ชนของ
H+ มีคา
่ =0
ดังนี ้
้
ขั
วไฮโดรเจนมาตรฐาน
+
2H (1M)+2e-H2(1atm)
(standard hydrogen electr
o
E =0 V
: SHE
่ั
• Eo= ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชน
SHE ใช้ว ัดศ ักย ์ไฟฟ้าของ
่
อิเล็กโทรดอืนๆได้
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
0
EH
=E
–
E
cell
cathode
anode
2(1atm)
E0cell = E0H+/H2 – E0Zn2+/Zn
0.76 V = 0 - E0Zn2+/Zn ,  E0Zn2+/Zn =
-0.76 V
้ วให้
่ นพืนผิ
Note: Pt(s) ทาหน้าทีเป็
13
SHE ใช้ว ัดศ ักย ์ไฟฟ้าของ
่
อิเล็กโทรดอื+นๆได้
Pt(s) / H2(1atm) / H (1M)//
Cu2+(1M) / Cu(s)
anode:
H2(1atm)  2H+(1M)+
2ecathode:
Cu2+(aq)+2e-  Cu(s)
0
0
02+
E
=
E
–
E
cellH2(1atm)
cathode+Cu anode
Redox:
(1M) 
0
0
0
+
E
=
E
–
E
Cu2+/Cu
H+/H2
2H cell
(1M) +Cu(s)
0.34 V = E0Cu2+/Cu - 0 ,  E0Cu2+/Cu
= 0.34 V
ค่า E0 ของ Zn และ Cu เอามาหา emf
ของเซลล ์ได้
Zn(s) /Zn2+(1M) // Cu2+(1M) /Cu(s)
anode:
Zn(s) 
Zn2+(1M)+2ecathode:
Cu2+(1M)+2e- 
Cu(s) ค่า emf ของเซลล ์
2+(1M) 
Redox: เท่Zn(s)
+Cu
า
กั
บ
Zn2+(1M)
+Cu(s)
0
E
= E0
–
cell
cathode
E0anode
E0cell = E0Cu2+/Cu–
0
15
่ั
ตาราง ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชน
o
่
มาตรฐานที 25 C
่ั
ตาราง ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชนมาตรฐาน
ที่ 25oC
่ั
ตาราง ศ ักย ์ไฟฟ้ารีดก
ั ชน
มาตรฐานที่ 25oC
สรุปข้อมู ลจากตารางศ ักย ์ไฟฟ้ารี
่ั
ดักชนมาตรฐาน
 ค่า E0 เป็ นค่าของปฏิก ิรย
ิ าไปข้างหน้า(รี
่ั
ดักชน)
 ค่า E0 เป็ น + มาก แสดงว่า สามารถร ับ eง่ าย
(เป็ นตัวออกซิไดส ์แรง) เช่น F2
 ค่า E0 เป็ น - มาก แสดงว่าสามารถร ับ e-ยาก
(ให้ e-ง่ าย) (เป็ นตัวรีดวิ ส ์แรง) เช่น Li+
่
 ถ้าเขียนสมการกลับข้าง ค่า E0 เปลียน
่
เครืองหมายเป็
นตรงกันข้าม เช่น Li+ + e Li(s) E0 = -3.05
 เขียนกลับสมการ Li(s)  Li+ + e- E0 =
+3.05
สรุปข้อมู ลจากตารางศ ักย ์ไฟฟ้ารี
่ั
ดักชนมาตรฐาน
่
้ั
• ครึงปฏิ
ก ิ รย
ิ านี ้ ผันกลับได้ (เป็ นได้ทงแอโนดและ
้ บว่าไปจับคู ก
แคโทด) ขึนกั
่ บ
ั อะไร ถ้าอยูบ
่ รรทัด
บน(มากกว่า) จะเป็ นแคโทด(ร ับ e-) อยู ่บรรทัด
ล่าง(น้อยกว่า)เป็ นแอโนด(ให้ e-) เรียกว่า กฎ
ทแยงมุม
Cu2+ (1M) + 2e-  Cu(s)
E0 = 0.34
Zn2+ (1M) + 2e-  Zn(s)
E0 = -0.76
่ ด คือ
ปฏิก ิรย
ิ าทีเกิ
Zn(s) Zn2+ + 2eE0 = E0cell=0.34-(0.76
Cu2++ 2e-  Cu(s) 0.76)=1.1V
E0 =
Ex. จงทานายการเกิดปฏิก ิรย
ิ า
่ ม Br2 ลงใน
เมือเติ
่ NaCl และ NaI
สารละลายทีมี
+
-
ใน สลล. มี Br2 , Na , Cl , I
ดู ตาราง 21.1 เรียงค่า 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 ส ์ Zn2+
ภายใต้สภาวะมาตรฐานได้หรือไม่





ดู ตาราง 21.1 เรียงค่า E0
Sn2+(aq) + 2e-  Sn(s)
E0= 0.14
Zn2+(aq) + 2e-  Zn(s)
E0= 0.76
ตามกฎทแยงมุม Sn ไม่สามารถรีดวิ ส ์
Zn2+ ได้
หรือดู วา
่ Zn2+ มีคา
่ E0= -0.76 น้อยกว่า
Sn2+ ทาให้ไม่สามรถชิง e- จาก Sn ได้
แบบฝึ กหัด 21.3 จงคานวณค่า emf ของ
่
เซลล ์กัลวานิ กทีประกอบด้
วยแคดเมียม
อิเล็กโทรดใน สลล. Cd(NO3)2 1M และโครม
เมียมอิเล็กโทรด ใน สลล. Cr(NO3)3 1M ที่
25oC
• มี Cd กับ Cr ดู ตาราง 21.2 เรียงค่า E0 ด้วย
• Cd2+ + 2e-  Cd(s) E0 = -0.40
• Cr3+ + 3e-  Cr(s)
E0 = -0.74
• ใช้กฎทแยงมุม หรือ ดู วา
่ Cd2+ ชิง e- ได้
้ Cd เป็ นแคโทด(รีดก
่ั
ดีกว่า Cr3+ ดังนัน
ั ชน)
่ั
Cr เป็ นแอโนด(ออกซิเดชน)
• emf = E0cat – E0an = -0.40-(-0.74)
=-0.40+0.74= 0.34 V
ผลของความเข้มข้นต่อค่า emf
ของเซลล
์
0
การหาค่า E
ในกรณี ไม่ใช่สภาวะ
cell
มาตรฐาน เช่น ความเข้มข้นไม่ใช่ 1 M เรา
จะใช้สมการเนิ นสท ์(Nernst Equation)
ในการคานวณ ค่า E เป็ น + จึงเกิดปฏิก ิริยา
ถ้าเป็ น – แสดงว่าไม่เกิด(หรือเกิดในทิศตรง
ข้าม)
E = E0cell– 0.0257V ln Qที่ 25oC
n
หรือ
E = E0cell– 0.0592V log ที
Q่ 25oC
n
่ ายเทในปฏิก ิรย
n = จานวน e- ทีถ่
ิ ารวมของ
่
Q = ผลหารปฏิก ิรย
ิ า(จากเรืองสมดุ
ลเคมี)
E0cell = E0 Cathode - E0 Anode
่
ทบทวนเรืองค่
าผลหารปฏิก ิรย
ิ า
่
(Q)ในเรืองสมดุ
ลเคมี
จากสมการ aA
dD
+ bB
cC +
ความเข้มข้น
สารละลายใช้
จะได้วา
่
หน่ วย โมล/ลิตร
(M/l)
แก๊สใช้ความดัน
c
d
Q = [C] .[D] ย่อย(atm)
a
b
[A] .[B]
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
ยนสมการเนิ นสท ์ ดังนี ้
0
0
EE0cell
=
E
–
E
cat 0.0257V
an = 0.34-(-0.76)
= 1.10V–
ln
2+]
= 1.10[Zn
V 2+]
[Cu
2
เอาค่าความเข้มข้น(โมล/ลิตร หรือ atm มา
ใส่แล้วคานวณ)
้ าเกิดได้เอง
Ex จงทานายปฏิก ิรย
ิ านี ว่
หรือไม่ท ี่ 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
• แทนค่าสมการเนิ นสท
์
2+
n
[Fe ]
E =-0.16V– 0.0257V ln=[0.15]
-0.14V
[0.68]
2
27
้ า
แบบฝึ กหัด 21.6 จงทานายปฏิก ิรย
ิ านี ว่
เกิดได้เองหรือไม่ท ี่ 25oC Cd(s)+Fe2+(aq)
 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– 0.0257V
ln
2+
• แทนค่
า
สมการเนิ
น
สท
์ ]
n
[Fe
2+
[Cd ]
E =-0.04V– 0.0257V ln=
[0.60]
[0.01] 2
+0.0126V
แบบฝึ กหัด จงคานวณค่า emf ของเซลกัลป์
่
วานิ ก ทีประกอบ
่
่
ด้วยครึงเซลล
์ Cd2+/Cd และPt/H+/H2 เมือ
[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
[H์ ]
• แทนค่าสมการเนิ
n นสท
E =0.4V– 0.0257V ln [0.2][0.8]
=
2
[0.16]2 +0.376V
29
เซลล ์ความเข้มข้น
 จะใช้สารชนิ ดเดียวกัน/ไอออนเดียวกัน
่
มาทาเซลล ์กัลวานิ ก เพือให้
กระแสไฟฟ้า
ก็ได้
 แต่ตอ
้ งให้ความเข้มข้นไอออนต่างกัน จึง
้
จะมีความต่างศ ักย ์ไฟฟ้าเกิดขึนได้
้ ยกว่า “เซลล ์ความ
 เซลล ์ชนิ ดนี เรี
เข้มข้น”
 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 (0.1M)
E =E cell– 0.0257V ln
2+
[Zn
ค่า2+
emf
ของ
cell
เท่
า]กัconc
บ
n
[Zn
]
dil
E = 0 – 0.0257V ln =
[0.1]
2 [1] +0.0296V
31
เซลล ์ชีวภาพ คือ เซลล ์ความเข้มข้น
นั่นเอง
• ศ ักย ์ไฟฟ้าของ mambrane คือ
่ ดขึนทั
้ ง้ 2 ด้านของเมม
ศ ักย ์ไฟฟ้าทีเกิ
เบรนชนิ ดต่างๆของเซลล ์
• ศ ักย ์ของเซลล ์ทาให้เกิดการแพร่ขยาย
ของสัญญาณประสาทและการเต้นของ 32
 การฝึ ก หลายระดับ หลายหลักสู ตร ของ
สถาบันทหาร-ตารวจ
ในหลายๆประเทศ ไม่เฉพาะแต่ประเทศไทย
่ ผูร้ ับการฝึ ก
มักจะมีส่วนใดส่วนหนึ่ งทีให้
่
ขาดน้ า มากน้อยแตกต่างกัน ซึงจะ
่
เชือมโยงถึ
งการเสียเกลือแร่ดว้ ย
 ก็คงจะมีประโยชน์ และได้ฝึกการปร ับตัว ฝึ ก
้ ฝ
ความอดทนได้บา้ ง แต่ ทังผู
้ ึ ก และผู ร้ ับ
การฝึ ก มีความรู ้เพียงพอหรือไม่ ได้ร ับ
คาแนะนาเพียงพอหรือไม่ มีความรอบคอบ
่
เฝ้าระวัง ตรวจสอบการเปลียนแปลงและ
สัญญานอน
ั ตรายต่างๆของร่างกายได้
 ทหาร-ตารวจ หลายคนมี "หัวจิตหัวใจ" ที่
แข็งแกร่งกว่า
ขีดจากัดของร่างกาย เขาไม่มวี น
ั จะยอม
แพ้ เขาไม่มวี น
ั จะขอพักขอทุเลาการฝึ ก
เขาไม่มวี น
ั จะออกนอกแถว เขาไม่มวี น
ั จะ
้ อนหรื
่
้
่ ร ับมอบหมาย
ทิงเพื
อทิงภารกิ
จทีได้
้ คนแล้ว
 เราได้ยน
ิ ข่าวสู ญเสียคนพวกนี ไป
่ กหนาสาหัส
คนเล่า ในบางหลักสู ตรทีหนั
้
ทังในประเทศและต่
างประเทศ จากการขาด
น้ าและขาดเกลือแร่
่
 หลาย สถาบันพยายามทีจะลดความสู
ญเสีย
ตรงจุดนี ้ โดยการ ศึกษา ติดตามความรู ้
่
ด้านวิทยาศาสตร ์การกีฬาทีเกียวข้
อง และ
34
่
เหตุผลทีขาดสมดุ
ลเกลือแร่แล้ว
เสียชีวต
ิ ได้
่ าเป็ นต่อร่างกายมาก ที่
• เกลือแร่ เป็ นสิงจ
สาคัญก็ม ี โซเดียม โปตัสเซียม และแค
่ การทางานของกล้ามเนื อทุ
้ กส่วน
ลเซียม
่
จะต้องมีกระบวนการแลกเปลียนสารเหล่
านี ้
เข้าๆออกๆเซลล ์ต่างๆของร่างกายรวมทัง้
้ วใจ
เซลล ์กล้ามเนื อหั
่
• แคลเซียมก็
สาคัญมาก ขาดนิ ดขาดหน่ อย
หัวใจจะเต้นไม่ปกติ แต่โชคดีทร่
ี่ างกายมีแค
่
ลเซียมสะสมอยู
่มากในกระดู ก พอจะ
หมุนเวียนมาสนับสนุ นได้
ข้อมู ลจาก tosapol http://www.afaps.ac.th/forum/index.php?to
่
เหตุผลทีขาดสมดุ
ลเกลือแร่แล้ว
เสียชีวต
ิ ได้
 โซเดียม ก็สาคัญ แต่มป
ี ริมาณในเลือดสู ง
กว่าโปตัสเซียม ขาดไปบ้างก็ยงั พอมีเวลา
ปร ับตัวไหว เช่นมี ๑๔๐ ขาดไป ๑๐ ก็ยงั เหลือ
๑๓๐ คิดเป็ นเปอร ์เซนต ์ก็ไม่มากนัก
 แต่โปตัสเซียม มีแค่ระด ับหลักหน่ วย สมมุต ิ
ว่ามี ๔ ถ้าขาดไป ๑ เหลือ ๓ เท่ากับว่าขาดไป
ถึง ๒๕ เปอร ์เซ็นต ์
 การขาดโปตัสเซียมทาให้หวั ใจเต้นผิดจังหวะ
และหยุดเต้นได้
 การออกกาลังกายหนัก มีเหงื่อออกมาก จะ
เสีย
โซเดี
ย
มได้
ม
าก
http://www.afaps.ac.th/forum/index.php?topic=7.60
แหล่งอาหารโปแตสเซียม
่
 กระจายอยู ่ในอาหารทัวไปตามธรรมชาติ
้
ทังในพื
ช สัตว ์ เช่น ในถัว่ ธ ัญพืช ผักใบ
้ ตว ์ต่างๆ ผลไม้ตา
เขียว เนื อสั
่ งๆ เช่น ส้ม
กล้วย ลู กพรุน
่ ่ในอาหารจะอยู ่ในรู ป
 โปแตสเซียมทีอยู
่
้ าได้ด ี
เกลือหรือสารประกอบทีละลายน
่ ้า
หลักการดืมน
 ข้อมู ลวิจย
ั พบว่า หลังออกกาลังกายแล้ว
ให้ดมน
ื่ ้ า
่ ้ าไป ประมาณ สามใน
 พบว่า แต่ละคนดืมน
่ วน ของปริมาณน้ า(เหงื่อ)ทีเสี
่ ยไป
สีส่
้ ก็จะพึงพอใจ รู ้สึกสดชืน
่ หาย
เท่านัน
กระหายน้ า
้ เมือเล่
่ นกีฬา หรือ ออกกาลังกายใดๆ
 ดังนัน
่ ้ าไปสามแก้ว แล้วรู ้สึกว่า
แล้ว หากเราดืมน
่ พอเพียง หายกระหายแล้ว แสดงว่า
สดชืน
ร่างกายเรายังขาดน้ าอีกประมาณหนึ่ งแก้ว
่
 ให้ดมเพิ
ื่
มไปอี
ก 1 แก้ว ให้เพียงพอกับ
เราต้องทดแทนเกลือแร่มากน้อย
แค่
ไ
หน
่
่ งแรงดี มักจะมี
 โดยทัวไป คนปกติ ทีแข็
ปริมาณเกลือแร่ทจ
ี่ าเป็ นสารองอยู ่ในระบบ
ต่างๆของร่างกายอย่างพอเพียง โดยไม่ตอ
้ ง
่
ทดแทนเพิมเติ
มเป็ นพิเศษใดๆ หากออก
กาลังกายหนักปานกลาง เป็ นเวลาประมาณ
่ั
่ หนึ่ งชวโมง
๔๕ นาที ถึง ๑ ชม. หรือเต็มทีก็
่ นเกณฑ ์ทีคนทั
่
่
ครึง่ ซึงเป็
วๆไปเล่
นกีฬา หรือ
่ ขภาพกันโดยทัวไป
่
ออกกาลังกายเพือสุ
่
 แต่ในการเล่นกีฬาหนักๆเพือการแข่
งขัน
หรือการฝึ กต่างๆ ในระบบของทหาร-ตารวจ
่ าวไว้
จะมีความหนัก ความนาน มากกว่าทีกล่
่ คอ
ื เสียน้ าและ
แล้ว มักจะมีการเสียเหงื่อ(ซึงก็
่ าเป็ นจะต้องได้ร ับ
เกลือแร่) มากจนถึงจุดทีจ
แบตเตอรี่
 แบตเตอรี่ เป็ นเซลล ์กัลป์ วานิ ก หรือ
่ อกันแล้ว
อนุ กรมของเซลล ์กัลป์ วานิ ก ทีต่
สามารถใช้เป็ นแหล่งไฟฟ้าได้
่ ดเซลล ์แห้ง(dry cell
แบตเตอรีชนิ
battery)
คือ เซลล ์เลดลังเช่
ใช้ในกระบอกไฟฉาย
,วิทยุ
แอโนด คือ กระบอก
่ มผัสอยู ่กบ
สังกะสี ทีสั
ั
MnO2 และ อิเล็กโทรไลต ์
(NH4Cl,ZnCl2ในน้ า)
มีศ ักย ์ไฟฟ้าประมาณ
1.5 V
่
แบตเตอรีปรอท
 ใช้มากในอุตสาหกรรม
การแพทย ์และ
อิเล็กทรอนิ กส ์
 ราคาสู งกว่าเซลล ์แห้ง
 บรรจุในกระบอกเหล็กกล้า
ไร ้สนิ ม
 Zn(Hg)+HgO(s)ZnO
)+Hg(l)
 ให้ศ ักย ์ไฟฟ้า 1.35V คงท
่
แบตเตอรีตะกั
ว่
มี 6 เซลล ์ ให้
กระแสไฟฟ้าเซลล ์
ละ 2 V รวม 12V
สามารถชาร ์จ
ใหม่ได้
เกิดปฏิก ิรย
ิ า
ย้อPbSO
นกลับ4ได้
Anode: Pb(s)+SO42-(aq) 
(s)+2eCat: PbO2(s)+4H+(aq)+SO42-(aq)+2ePbSO4(s)+2H2O(l)
Redox:
่
่
ข้อควรทราบเกียวกับแบตเตอรี
 ปฏิก ิรย
ิ าเคมีไฟฟ้าในแบตเตอรี่ ใช้
้ ระดับการปล่อยประจุ
กรดซ ัลฟุ ริก ดังนัน
ไฟฟ้าของแบตเตอรี่ สามารถตรวจสอบได้
โดยการวัดค่าความหนาแน่ นของอิเล็ก
โทรไลต ์(กรดซ ัลฟุ ริก) ด้วยไฮโดรมิเตอร ์
ควรมีคา
่ เทากับ หรือมากกว่า 1.2 g/mg
้ อากาศหนาวเย็
่
 ในพืนที
น จะสตาร ์ทรถติด
ยาก เนื่ องจาก ความหนื ดของอิเล็กโทร
่ น
้ ไอออนเคลือนที
่
่ ชา้ มาก
ไลท ์เพิมขึ
ได้
่
ทาให้กาลังไฟฟ้าของแบตเตอรีลดลง
่ เทียมไอออน
แบตเตอรีลิ
่
่ ด นน.
 ใช้ Li ซึงให้
e-ง่ ายทีสุ
่ ด
เบาทีสุ
 Recharge ใหม่ได้ หลายร ้อย
ครง้ั
 ใช้กบ
ั Notebook,มือถือ,
กล้องดิจท
ิ ล
ั
 Anode: Li(s)Li+ + e Cathode:Li++CoO2 +eLiCoO2(s)
้
เซลล ์เชือเพลิ
ง (fuel cell)
 เป็ นเซลล ์กัลวานิ กที่
้ น
ต้องป้ อนสารตังต้
อย่างต่อเนื่ องให้
สามารถทางานได้
้
ง H 2 เช่น เชือเพลิ
O2ใช้งานในยาน
อวกาศ ได้น้ ามาให้
นักบินอวกาศบริโภค
Anode:
2H2(g) + 4OH-(aq) 
4H2O(l) + 4eCathode:
O2(g) + 2H2O(l) +4e-
การกัดกร่อน(Corrosion)
่
 เป็ นการเสือมสภาพของโลหะโดย
กระบวนการเคมีไฟฟ้า
 การเกิดสนิ ม ก่อให้เกิดการสู ญเสีย งป.ทร.
ในการซ่อมบารุงเรือรบ เป็ นวงเงินจานวน
มาก
H+มาจาก CO2
กับ น้ า เกิดเป็ น
กรด H2CO3
Anode: Fe(s)  Fe2+(aq)+2eE0= 0.44V
Cathode: O2(g)+4H+(aq)+4e-2H2O(l)
E0= 1.23V
Redox: 2Fe(s)+O2(g)+4H+(aq)
2Fe2+(aq)+ 2H2O(l)
E0 =1.23-(-0.44) = 1.67V 48
Fe2+ ถู กออกซิไดส ์ต่อด้วย O2 เป็ น
Fe2O3.xH2O
 4Fe2+(aq)+O2(g)+(4+2x)H2O(l)
2Fe2O3.xH2O(s)+8H+(aq)
 Fe2O3.xH2O คือ สนิ มเหล็ก
 มีความพรุน ทาให้น้ าและออกซิเจนเข้าทา
ปฏิก ิรย
ิ าต่อได้
้ เมือเกิ
่ ดสนิ มแล้ว
 ดังนัน
จะผุกร่อนต่ออย่างรวดเร็ว
สนิ มของอะลู มเิ นี ยม(ออกไซด ์ของ
อะลู มเิ นี ยม)
 Al เกิดออกไซด ์ได้ง่ายกว่าเหล็ก(เสีย eง่ ายกว่า)
 แต่ลก
ั ษณะออกไซด ์ (Al2O3) ไม่ละลาย
น้ า จึง ทาหน้าทีป้่ องกันผิวอะลู มเิ นี ยมที่
ทองแดงและเงินก็เกิดการกัดกร่อนได้
แต่ชา้ กว่าเหล็ก
 Cu เกิดเป็ น CuCO3 (สารสีเขียวแพทินา) ป้ องกันผิวทองแดง
 Ag เกิด Ag2S ป้ องกันผิวเงินเช่นกัน
การป้ องกันการผุกร่อนของโลหะ
 ใช้สเี คลือบผิว
 การซ่อมทาสีตวั เรือใต้แนวน้ า
 การซ่อมทาสีตวั เรือเหนื อแนวน้ า
การป้ องกันการผุกร่อนของโลหะ
 การทาให้ผวิ โลหะไม่ว่องไวปฏิก ิรย
ิ าด้วย
กระบวนการ passivation คือ การทา
่
ปฏิก ิรย
ิ ากับตัวออกซิไดส ์ทีแรง
เช่น กรดไน
้ั
ตริก ทาให้เกิดชนออกไซด
์บางๆ เคลือบผิว
การป้ องกันการผุกร่อนของโลหะ
 การทาให้เป็ นโลหะผสม หรือ อ ัลลอย เช่น
เหล็กกล้าไร ้สนิ ม (โลหะผสมของเหล็กกับ
โครเมียม)
 การเคลือบผิวเหล็กด้วยดีบุก
หรือ สังกะสี
0
E
จงใช้คา
่
อธิบายว่าเมือเกิดรอย
ขีดข่วนบนโลหะต่อไปนี ้ ข้อใด
เหล็กจะผุกร่อนเร็วกว่า
่
(a) เหล็กทีเคลื
อบดีบุก
(b) เหล็กเคลือบสังกะสี
่
(a) เหล็กทีเคลื
อบดีบุก
่ ดรอยขีดข่วนบนโลหะ
• เมือเกิ
้ เพราะ Sn มีศ ักย ์ไฟฟ้ารี
• เหล็กผุเร็วขึน
่ั
ดักชนมากกว่
า Fe จึงชิง e- จากเหล็กได้
• Anode: Fe  Fe2++2eE0=0.44V
• Cathode: Sn2++2e- Sn E0=0.14V
• E0cell = (-0.14)-(-0.44) = 0.30 V
(b)เหล็กเคลือบสังกะสี
่ ดรอยขีดข่วนบนโลหะ
 เมือเกิ
 เหล็กผุชา้ กว่า เพราะ Zn มีศ ักย ์ไฟฟ้ารี
่ ั ากว่
่
ดักชนต
า Fe จึงเสีย e- แทนเหล็กได้
 Anode: Zn  Zn2++2eE0=0.76V
 Cathode: Fe2++2e- Fe
E0=0.44V
 E0cell = (-0.44)-(-0.76) = 0.32 V
การป้ องกันการผุกร่อนของโลหะแบบ
แคโทดิก
 Cathodic protection : ทาโดยให้โลหะที่
ต้องการป้ องกันเป็ นแคโทด โดยเอาโลหะอีก
่ คา
่
่ E0 ตากว่
าเป็ นแอโนด (เสีย eชนิ ดทีมี
แทน) เช่น Zinc anode หรือสังกะสีกน
ั
่
การแยกสลายด้วยไฟฟ้า
(electrolysis)
การแยกสลายด้วย
ไฟฟ้า เป็ นกระบวนการ
่ พลังงานไฟฟ้าทา
ทีใช้
ให้เกิดปฏิก ิรย
ิ าเคมี
เซลล ์อิเล็กโทรไลต ์
การแยกโซเดียมคลอไรด ์ด้วเป็ย นอุปกรณ์สาหร ับการ
แยกสลายด้วยไฟฟ้า
ไฟฟ้า
้
ขัวบวก(oxidation)
Anode: 2ClCl2(g)+2e้
ขัวลบ(reduction)
Cathode: 2Na+ + 2e 2Na(l)
การแยกสลายน้ าด้วยไฟฟ้า
่ ว+(oxidation,anode)
้
ได้ O2ทีขั
่ วลบ
้
ได้ H2ทีขั
การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้ าด้วย
ไฟฟ้า
้ น้ ามาเกียวข้
่
 กรณี นีมี
องด้วย ต้องพิจารณา
ค่า E0 เทียบกับของน้ าว่าจะแยกได้สารอะไรที่
แอโนดและแคโทด
่
่
 ปฏิก ิรย
ิ าทีอาจเกิ
ดทีแอโนด
คือ
(1) 2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2eE0 = (1.36)
(2) 2H2O(l) O2(g)+4H+(aq)+4e- E0 =
-(1.23)
่ ั (2)>(1)
 ค่า E0 ของปฏิก ิรย
ิ าออกซิเดชน
แสดงว่า (2) มีโอกาสเกิดมากกว่า (1) แต่วา
่
ในการทดลองกลับเกิด (1) เพราะ E0 มีคา
่
การแยกสลายสารละลาย NaCl ในน้ า
ด้วยไฟฟ้า
่
่
คือ
ดทีแคโทด
 ปฏิก ิรย
ิ าทีอาจเกิ
(3) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) E0 =
-0.83
(4) Na+(aq) +e-  Na(s)
E0= -2.71
่ ั (3)>(4) แสดง
 ค่า E0 ของปฏิก ิรย
ิ ารีดก
ั ชน
่ ด
ว่า (3) มีโอกาสเกิดมากทีสุ
การแยกสลายสารละลาย NaCl ใน
น้ าด้วยไฟฟ้า
่ ดจริง
ปฏิก ิรย
ิ าทีเกิ
คือ
Anode: (1)
2Cl-(aq)  Cl2(g) + 2e-
Cathode:(4) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH(aq)
63
สรุป การแยกสลายด้วยไฟฟ้า
 ถ้าเป็ นสารหลอมเหลว เช่น NaCl
หลอมเหลว
้
่ วลบ
คือ
อิออนบวก(Na+) จะร ับ e- ทีขั
แคโทด
่ วบวก
้
อิออนลบ(Cl-) จะให้ e- ทีขั
คือ
แอโนด
่
 ถ้าเป็ นสารละลายจะมีน้ าเข้ามาเกียวด้
วย
ต้องเปรียบเทียบค่า E0 กับน้ าว่าตัวไหน
แรงกว่า จะเกิดปฏิก ิรย
ิ า
แบบฝึ กหัด หากเราแยกสลายสารละลาย
่
่ ดทีแอโนด
CuSO4 ในน้ า ผลิตภัณฑ ์ทีเกิ
และแคโทดคืออะไร
•




กาหนดค่า E0 ดังนี ้
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
่ ดทีแอโนด
่
CuSO4 ในน้ า ผลิตภัณฑ ์ทีเกิ
และแคโทดคืออะไร
CuSO4 แตกตัวให้ Cu2+ กับ SO42 ที่ Anode อาจเกิดปฏิก ิรย
ิ าต่อไปนี ้
(1) 2H2O(l) O2(g)+4H+(aq)+4e- E0 = (1.23)
(2) SO42-(aq) S2O82-+2eE0 = (2.01)
่
ทีแอโนด
ค่า E0 (1)>(2)  เกิด (1)
 ที่ Cathode อาจเกิดปฏิก ิรย
ิ าต่อไปนี ้
(3) Cu2+(aq)+2e- 2Cu(s)
E0 =
+0.34
(4) 2H2O(l)+2e-H2(g)+2OH-(aq) E0 =