E 0 = 0.76 Vcell

Standard emf (E0 )

cell

0.76 V = 0 - Ezn /Zn 02+

EZn /Zn = -0.76 V02+Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V

E0 = EH /H - EZn /Zn cell 0 0+ 2+ 2

E E 00 = = EEcathodecathode - E - Eanodeanodecellcell 00 00

Zn (Zn (ss) ) || Zn Zn2+2+ (1 (1 MM) ) || H|| H++ (1 (1 MM) | H) | H22 (1 atm) | Pt ( (1 atm) | Pt (ss))

ศั�กย์�ไฟฟ�ามาตรฐาน

41

Pt (s) | H2 (1 atm) | H+ (1 M) || Cu2+ (1 M) | Cu (s)

2e- + Cu2+ (1 M) Cu (s)

H2 (1 atm) 2H+ (1 M) + 2e-Anode (oxidation):

Cathode (reduction):

H2 (1 atm) + Cu2+ (1 M) Cu (s) + 2H+ (1 M)

E0 = Ecathode - Eanodecell0 0

E0 = 0.34 Vcell

Ecell = ECu /Cu – EH /H 2+ +2

0 0 0

0.34 = ECu /Cu – 0.000 2+

ECu /Cu = 0.34 V2+0

ศั�กย์�ร�ดั�กชั�นมาตรฐาน

42

เซลล�ก�ลวาน�กประกอบดั�วย์เซลล�ก�ลวาน�กประกอบดั�วย์

1. ขั้��วไฟฟ�า ( Electrode )

- ขั้��วแอโนดั ทำ!าหน�าทำ�#เป$นขั้��วลบ

- ขั้��วแคโทำดั ทำ!าหน�าทำ�#เป$นขั้��วบวก

2. สารละลาย์อ�เล(กโทำรไลต�ทำ�#เหมาะสม โดัย์ทำ�#วไปเป$นเกล)อขั้องโลหะทำ�#ใชั�เป$นขั้��วไฟฟ�า

3. ต�วเชั)#อมต,อระหว,าง 2 คร-#งเซลล�• สะพานเกล)อหร)อ• แผ่,นทำ�#ม�ร0พร1น

43

เซลล�ก�ลวาน�กเซลล�ก�ลวาน�ก

Salt bridge

Zn Cu

Zn2+

Cu2+

V

SO42-

SO42-

แผ่,นพร1น44

เซลล�ก�ลวาน�ก

Salt bridge

Zn Cu

Zn2+

Cu2+

V

SO42-

SO42-

45

สะพานเกล)อสะพานเกล)อ//แผ่,นพร1นแผ่,นพร1น• เป$นสะพานให�ไอออนจากสารละลาย์หน-#ง ขั้�ามไปย์�งอ�กขั้�างหน-#ง

สะพานเกล)อ

• ทำ!าจากเกล)อทำ�#ละลาย์น!�าไดั�ดั�

• ม�ไอออนบวกและลบเคล)#อนทำ�#ดั�วย์ความเร(วใกล� เค�ย์งก�น

- KCl, NH4NO3

• ผ่สมอย์0,ในว1 �น (gelatin)

46

การเปล�#ย์นแปลงทำ�#เก�ดัขั้-�นในเซลล�ก�ลวาน�ก การเปล�#ย์นแปลงทำ�#เก�ดัขั้-�นในเซลล�ก�ลวาน�ก Zn/CuZn/Cu

1. Zn Zn2+ + 2e

• ส�งกะส�ละลาย์ลงในสารละลาย์ ZnSO4

• อ�เล(กตรอนเคล)#อนทำ�#ไปตามลวดัต�วน!า จากขั้��วส�งกะส�ไปย์�งทำองแดัง

2 Cu2+ ในสารละลาย์ CuSO4 ร�บอ�เล(กตรอน กลาย์เป$นโลหะทำองแดังเกาะทำ�#ขั้��ว

Cu2+ + 2e Cu 47

4. แรงเคล)#อนไฟฟ�าขั้องเซลล�จะค,อย์ๆลดัลงจนเป$น 0

• ปฏิ�ก�ร�ย์าหย์1ดั

3. ไอออนลบ (SO42-) เคล)#อนทำ�#ไปย์�งคร-#งเซลล�ขั้อง

Zn ไอออนบวก (Zn2+) เคล)#อนทำ�#ไปย์�งคร-#งเซลล� ขั้อง Cu เพ)#อดั1ลประจ1

48

2. คร-#งเซลล�ทำ�#เก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าออกซ�เดัชั�นทำ!าหน�าทำ�#เป$น แอโนดั

3. คร-#งเซลล�ทำ�#เก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าร�ดั�กชั�นทำ!าหน�าทำ�#เป$น แคโทำดั

4 . แรงเคล)#อนไฟฟ�าขั้องเซลล�จะเป$นผ่ลรวมทำางพ�ชั คณิ�ตขั้องศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องขั้��วเดั�#ย์ว

ขั้�อก!าหนดัต,างๆทำ�#เก�#ย์วก�บเซลล�ก�ลวาน�กขั้�อก!าหนดัต,างๆทำ�#เก�#ย์วก�บเซลล�ก�ลวาน�ก

1. ปฏิ�ก�ร�ย์ารวมทำ�#เก�ดัขั้-�นในเซลล�ไฟฟ�าใดัๆจะเป$น ผ่ลบวกขั้องปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#จร�งเก�ดัขั้-�นจร�งทำ�#ขั้��ว ขั้องเซลล�น��น

49

• การเขั้�ย์นแผ่นภาพเซลล�ไฟฟ�า

1 .เขั้�ย์นขั้��วแอโนดัไว�ทำางซ�าย์ม)อ ส,วนขั้��วแคโทำดั เขั้�ย์นไว�ทำางขั้วาม)อ ค�#นดั�วย์เคร)#องหมาย์ //

2. เขั้�ย์นส�ญล�กษณิ�ขั้��วไฟฟ�าไว�ร�มส1ดัทำ��งสองดั�าน ตามดั�วย์ ไอออนขั้องสารละลาย์ค�#นดั�วย์ เคร)#องหมาย์ / เชั,น Zn/Zn2+

3. ถ้�าในสารละลาย์ม�ไอออนหลาย์ชัน�ดั ให�เขั้�ย์น ทำ1กต�ว โดัย์ค�#นดั�วย์เคร)#องหมาย์ , เชั,น Pt/Fe3+,Fe2+ ถ้�าเป$นคนละสถ้านะค�#นดั�วย์ เคร)#องหมาย์ / เชั,น Ag/AgCl/Cl-

50

4. ถ้�าเป$นขั้��วไฟฟ�าแก(ส หร)อไม,ม�ขั้��วโลหะทำ�#เหมาะสม จะใชั�โลหะเฉื่)#อย์แทำนเชั,น Pt ,Au ,C โดัย์ค�#นดั�วย์ เคร)#องหมาย์ / เชั,น Pt/H2/H

+

5. ถ้�าไม,ใชั,สภาวะมาตรฐานให�บอกความเขั้�มขั้�นดั�วย์

ต�วอย์,างต�วอย์,าง จงเขั้�ย์นแผ่นภาพขั้องเซลล�ไฟฟ�าต,อไปน��

1) 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3++ 2Cr3+ +

7H2O Pt/Fe3+,Fe2+//Cr3+,Cr2O72-,H+/Pt

Pt/Ti3+,TiO2+//Cr3+,Cr2O72-,H+/Pt

2) 6Ti3+ + Cr2O72- + 2H+ 6TiO2+ + 2Cr3+ + H2O

51

ศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องขั้��วศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องขั้��ว (Electrode potential , E)(Electrode potential , E)

• เป$นพล�งงานศั�กย์�ร0ปหน-#งทำ�#พร�อมจะปลดั ปล,อย์พล�งงานไฟฟ�าออกมา • ไม,สามารถ้ว�ดัโดัย์ตรงไดั�

• ก!าหนดัให�ม�ศั�กย์�ไฟฟ�าอ�เล(กโตรดัมาตรฐาน

- ไฮโดัรเจนไฮโดัรเจนอ�เล(กโตรดั มาตรฐาน ม�ศั�กย์�ไฟฟ�า มาตรฐาน ม�ศั�กย์�ไฟฟ�า เทำ,าก�บ เทำ,าก�บ 0 0 ทำ1กอ1ณิหภ0ม�ทำ1กอ1ณิหภ0ม�

52

K+ + e- K E0 = -2.92 VNa+ + e Na E0 = -2.71 V2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0.83 VCr3+ + 3e- Cr E0 = -0.74 V 2H+ (10-7 M) + 2e- H2 E0 = -0.41 VNi2+ + 2e- Ni E0 = -0.25 V2H+ + 2e- H2 E0 = 0.00 VCu2+ + 2e- Cu E0 = +0.337 VI2 + 2e- I- E0 = +0.536 V1/2O2 + 2H+ (10-7 M) + 2e- H2O E0 = +0.82 V Hg2+ + 2e- Hg E0 = +0.854 V1/2O2 + 2H+ + 2e- H2O E0 = +1.23 VCr2O7

2- + 14H+ + 2e- 2Cr3+ + H2O E0 = +1.33 VCl2 + 2e- 2Cl- E0 = +1.36 VAu3+ + 3e- Au E0 = +1.50 V

ต�วอย์,างศั�กย์�ไฟฟ�ามาตรฐานทำ�# 25๐ c

เร�ย์กว,า “ ศั�กย์�ร�ดั�กชั�นมาตรฐาน, E0 ” 53

ขั้�อก!าหนดัขั้องศั�กย์�ร�ดั�กชั�นมาตรฐาน (E0)

1) ค,า E0 ขั้องขั้��วไฟฟ�าใดั ๆ เป$นขั้องปฏิ�ก�ร�ย์า ร�ดั�กชั�นเสมอ

2) ว�ดัทำ�#สภาวะมาตรฐานเทำ�ย์บก�บขั้��วไฟฟ�า SHE (Standard Hydrogen Electrode)

- สารละลาย์เขั้�มขั้�น 1M

- ความดั�น 1 atm

- อ1ณิหภ0ม� 25๐ c

3) ถ้�าเขั้�ย์นปฏิ�ก�ร�ย์าเป$นออกซ�เดัชั�นค,า E0 ขั้องขั้��วไฟฟ�าจะเปล�ย์นเคร)#องหมาย์เป$นตรงขั้�าม

54

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

Zn Zn2+ +2e- E0 = 0.76 V

4) ถ้�าค0ณิสมการดั�วย์ต�วเลขั้จะไม,เก�#ย์วขั้�องก�บค,า E0

55

ความส!าค�ญขั้องศั�กย์�ร�ดั�กชั�นมาตรฐานความส!าค�ญขั้องศั�กย์�ร�ดั�กชั�นมาตรฐาน, E, E00

• บอกให�ทำราบแนวโน�มขั้องขั้��วอ�เล(กโตรดัทำ�# จะร�บหร)อให�อ�เล(กตรอน

- E0 เป$นลบมาก ร�บอ�เล(กตรอนไดั�ย์าก ให�อ�เล(กตรอนไดั�ง,าย์กว,า

เป$นต�วออกซ�ไดัซ�ทำ�#ไม,ดั� แต,เป$นต�ว ร�ดั�วซ�ทำ�#แรง

- E0 เป$นบวกมาก ร�บอ�เล(กตรอนไดั�ดั� เป$นต�วออกซ�ไดัซ�ทำ�#แรงมาก แต,เป$น

ต�วร�ดั�วซ�ทำ�#ไม,ดั� 56

แรงเคล)#อนไฟฟ�าขั้องเซลล�แรงเคล)#อนไฟฟ�าขั้องเซลล�, E, Ecellcell

Ecell = Ecathode - Eanode

E0cell = E0

cathode - E0anode

ทำ�#สภาวะมาตรฐาน

ต�วอย์,างต�วอย์,าง จงหา E0 ขั้องเซลล�

Zn/Zn2+ (1 M) // Cu2+ (1 M) /Cu

Anode

Zn Zn2+ + 2e E0 = +0.76 V

57

Cathode Cu2+ + 2e Cu E0 = +0.34 V

ปฏิ�ก�ร�ย์าขั้องเซลล�ปฏิ�ก�ร�ย์าขั้องเซลล�

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu E0cell

= +1.10 V

หร)อค�ดัจาก

E0cell = E0

cathode - E0anode

E0cell = E0

Cu - E0Zn

= 0.34 - (-0.76) = +1.10 V

58

เคร)#องหมาย์ขั้อง เคร)#องหมาย์ขั้อง EEcellcell

เป$นบวก ปฏิ�ก�ร�ย์าเก�ดัเองไดั� เป$นเซลล�แบบก�ลวาน�ก

เป$นลบ ปฏิ�ก�ร�ย์าเก�ดัเองไม,ไดั� เป$นเซลล�แบบอ�เล(กโทำรไลต�

59

เซลล�ความเขั้�มขั้�น เซลล�ความเขั้�มขั้�น ((Concentration cell)Concentration cell)

Salt bridge

Cu Cu

Cu2+

V

SO42-

Cu2+

SO42-

1 M CuSO40.1 M CuSO4 60

Cu/CuSO4 (0.1M) // CuSO4 (1.0 M)/Cu

Anode Cu Cu2+ (0.1 M) + 2e

Cathode Cathode Cu2+ (1.0 M) + 2e Cu

รวม Cu2+ (1.0 M) Cu2+ (0.1 M)

61

ประเภทำขั้องเซลล�ก�ลประเภทำขั้องเซลล�ก�ลวาน�กวาน�ก

62

เซลล�ก�ลวาน�กแบ,งเป$น เซลล�ก�ลวาน�กแบ,งเป$น 2 2 ประเภทำประเภทำ

เซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัปฐมเซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัปฐมภ0ม�ภ0ม�

(primary galvanic cell)(primary galvanic cell)เซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัเซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัทำ1ต�ย์ภ0ม�ทำ1ต�ย์ภ0ม�

(Secondary galvanic)(Secondary galvanic) 63

เซลล�ก�ลวาน�กเซลล�ก�ลวาน�ก

• เซลล�ก�ลวาน�กแบบปฐมภ0ม� เซลล�ก�ลวาน�กแบบปฐมภ0ม� (primary galvanic cell)(primary galvanic cell)

- - ปฏิ�ก�ร�ย์าไม,ผ่�นกล�บปฏิ�ก�ร�ย์าไม,ผ่�นกล�บ

• เซลล�ก�ลวาน�กแบบทำ1ต�ย์ภ0ม� เซลล�ก�ลวาน�กแบบทำ1ต�ย์ภ0ม� (secondary galvanic cell)(secondary galvanic cell)

- - ปฏิ�ก�ร�ย์าผ่�นกล�บไดั�ปฏิ�ก�ร�ย์าผ่�นกล�บไดั�

64

เซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัปฐมภ0ม� เซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัปฐมภ0ม� (primary galvanic cell)(primary galvanic cell)เป$เป$นนปฏิ�ก�ร�ย์าเก�ดัในเซลล� เก�ดัไฟฟ�าไดั�ปฏิ�ก�ร�ย์าเก�ดัในเซลล� เก�ดัไฟฟ�าไดั� เป$นปฏิ�ก�ร�ย์าเป$นปฏิ�ก�ร�ย์าไม,ไม,ผ่�นกล�บ ผ่�นกล�บ ไม,ไม,สามารถ้สามารถ้ทำ!าให�สารทำ�#ทำ!าปฏิ�ก�ร�ย์ากล�บค)นสภาพทำ!าให�สารทำ�#ทำ!าปฏิ�ก�ร�ย์ากล�บค)นสภาพเดั�ม โดัย์การอ�ดัไฟฟ�าเขั้�าไปเดั�ม โดัย์การอ�ดัไฟฟ�าเขั้�าไป เซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัทำ1ต�ย์ภ0ม� หร)อเซลล�ก�ลวาน�กชัน�ดัทำ1ต�ย์ภ0ม� หร)อเซลล�ผ่�นกล�บ เซลล�ผ่�นกล�บ (Secondary galvanic / (Secondary galvanic /

reversible cell) reversible cell)เป$นปฏิ�ก�ร�ย์าผ่�นกล�บ เป$นปฏิ�ก�ร�ย์าผ่�นกล�บ

65

1 .1 .เซลล�แห�ง หร)อ เซลล�ปฐมภ0ม� เซลล�แห�ง หร)อ เซลล�ปฐมภ0ม� หร)อเซลล�เลอคล�งเซหร)อเซลล�เลอคล�งเซ

Dry cell / Primary Dry cell / Primary cell / Leclanchecell / Leclanche

เซลล�ปฐมภ0ม�เซลล�ปฐมภ0ม�

เซลล�ทำ�#ไม,ม�สารในสถ้านะขั้องไหล เชั,น เซลล�ทำ�#ไม,ม�สารในสถ้านะขั้องไหล เชั,น ถ้,านไฟฉื่าย์ ถ้,านเคร)#องค�ดัเลขั้ ถ้,านไฟฉื่าย์ ถ้,านเคร)#องค�ดัเลขั้

66

1. เซลล�แห�ง

• ถ้,านไฟฉื่าย์

ขั้��วลบ

แทำ,งคาร�บอน

ZnCl2 + NH4Cl+ MnO

2 + ผ่งถ้,าน

ขั้��วบวก

กล,องส�งกะส�

67

Electrolyteใส,น!�าแป�งเพ)#อให�หน)ดัไม,ร�#วไหล

จ1,มใน electrolyte

- ( ) Zn(s) -- > Zn2+(aq) + 2 e-

(+) 2NH4

+ (aq) 2+ MnO2 (s)2

- -- M M>2

M3(s) 2+ NH

3(aq)+2M() Ecell 15= . V

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัขั้-�น

68

แอโนดั (ขั้��วลบ)

Zn Zn2+ + 2e

แคโทำดั (ขั้��วบวก)

2MnO2 + 8NH4+ + 2e 2Mn3+ + 4H2O + 8NH3

รวม

2MnO2 + Zn + 8NH4+ 2Mn3+ + Zn2+ + 4H2O + 8NH3

• ม�ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#ร�กษาความเขั้�มขั้�นขั้อง Zn2+

ไม,ให�ส0งขั้-�นค)อ69

Zn2+ + 4NH3

[Zn(NH3)4]

ปฏิ�ก�ร�ย์าขั้องถ้,านไฟฉื่าย์ปฏิ�ก�ร�ย์าขั้องถ้,านไฟฉื่าย์

ทำ�#ทำ!าให�ถ้,านไฟฉื่าย์ใชั�ไดั�นานทำ�#ทำ!าให�ถ้,านไฟฉื่าย์ใชั�ไดั�นาน

Zn2+ + 2H2O + 2NH3 [Zn(NH3)2(H2O)2]

70

2. เซลล�เมอร�ค�วร�

ขั้��วบวกว�สดั1ผ่น-ก

ปลอกเหล(ก

HgO + KOH

ส�งกะส�

แผ่,นกระดัาษพร1น

+ -

71

Mercury battery Mercury battery ใชั�ในงานทำางการแพทำย์�และอ�เล(คโทำรน�กส�ใชั�ในงานทำางการแพทำย์�และอ�เล(คโทำรน�กส�แพงแพง ให�ค,า ให�ค,า E E คงทำ�#ทำ�# คงทำ�#ทำ�# 135. 135. VV อาย์1การใชั�งานส0งอาย์1การใชั�งานส0ง ส�ดัส,วนขั้อง ส�ดัส,วนขั้อง electrolyte electrolyte คงทำ�#ตลอดัการใชั�งานคงทำ�#ตลอดัการใชั�งาน

Zn amalgamZn amalgam

ถ้,านนาฬิ�กา เคร)#องชั,วย์ฟ@ง ถ้,านนาฬิ�กา เคร)#องชั,วย์ฟ@งเขั้(มทำ�ศัเขั้(มทำ�ศั

72

- ( ) Zn(Hg)(s)2-(aq)-- > ZnO(s)+H

22

-

(+) HgO (s) + H2

M(l) 2+ e- -- > Hg(l) 2+ OH -(aq)

Zn(Hg)(s) + HgO (s) -- > ZnO(s) + Hg(l)

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัขั้-�นขั้องเซลล�ปรอทำ

73

แอโนดั (ขั้��วลบ)

แคโทำดั (ขั้��วบวก)

HgO + 2H2O + 2e Hg + 2OH-

ปฏิ�ก�ร�ย์ารวม

Zn + OH- Zn(OH)2 + 2e

Zn + HgO + 2H2O Zn(OH)2 + Hg

74

เซลล�ทำ1ต�ย์ภ0ม�เซลล�ทำ1ต�ย์ภ0ม�

1. 1. เซลล�สะสมไฟฟ�าแบบตะก�#วเซลล�สะสมไฟฟ�าแบบตะก�#ว

• แผ่,นตะก�#ว (Pb ) เป$นขั้��วแอโนดั

Pb + SO42- Pb2+ + 2e

• แผ่,นเลดัออกไซดั� (PbO2) เป$นขั้��วแคโทำดั

PbO2 + 4H+ + SO42- + 2e PbSO4 + 2H2O

รวมปฏิ�ก�ร�ย์ารวมปฏิ�ก�ร�ย์า

PbO2 + PbO2 + 4H+ + 2SO42- 2PbSO4 + 2H2O

75

Lead storage battery Lead storage battery ใชั�ในรถ้ย์นต� ใชั�ในรถ้ย์นต� ม� ม� 6 6 เซลล�ทำ�#เหม)อนก�น มาต,อก�น แต,ละเซลล�ผ่ล�ต เซลล�ทำ�#เหม)อนก�น มาต,อก�น แต,ละเซลล�ผ่ล�ต 22 V (V ( รวม รวม 12 V)12 V)

Pb Pb anodeanode

PbOPbO22 cathode cathode

HH22

SOSO44

electrolyelectrolytete

76

- ( ) Pb(s)+SO4

-2(aq)-- > PbSO

4(s) 2+ e-

(+) M MM 2(s) + 4 H+(aq)+ 4

-2(aq) 2+ e- -- > PbSO

4(s) 2+ H2

M(l)

Pb(s) + PbO 2 (s) + 4H+(aq)+2SO

4

-2 (aq) -- > 2 PbSO

4(s)+2 2O(l)

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัขั้-�นขั้ณิะใชั�ไฟ

77

การชัาร�จไฟเม)#อแบตเตอร�#หมดัการชัาร�จไฟเม)#อแบตเตอร�#หมดั

• ขั้��วบวกต,อก�บขั้��วบวกขั้องเคร)#องชัาร�จขั้��วบวกต,อก�บขั้��วบวกขั้องเคร)#องชัาร�จไฟฟ�าไฟฟ�า• ขั้��วลบต,อก�บขั้��วลบขั้องเคร)#องชัาร�จไฟฟ�า

• ปฏิ�ก�ร�ย์าเก�ดัย์�อนกล�บ

78

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัขั้-�นขั้ณิะอ�ดัไฟปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัขั้-�นขั้ณิะอ�ดัไฟ

เป$นเซลล�ทำ1ต�ย์ภ0ม�เป$นเซลล�ทำ1ต�ย์ภ0ม�เม)#อชัาร�จไฟ เม)#อชัาร�จไฟ (( ทำ!า ทำ!า electrolysis) electrolysis) ปฏิ�ก�ร�ย์าย์�อนกล�บปฏิ�ก�ร�ย์าย์�อนกล�บ

anode (+)anode (+) M MMMM MMM4(s)4(s) 2+ e 2+ e-- -- > Pb-- > Pb(s)(s)+SO+SO

44

-2-2(aq)(aq)

-cathode( )-cathode( ) PbSOPbSO4(s)4(s) 2+ H2+ H

22MM(l(l)) -->PbO-->PbO 2(s) 2(s) 4+ H 4+ H++

(aq)(aq)+SO+SO44

-2-2(aq)(aq) 2+ e2+ e--

2PbSO2PbSO4(s)4(s)+2H+2H

22OO(l)(l) -- > -- > M MM M (s)(s) + PbO + PbO 2(s) 2(s) + 4H + 4H++

(aq)(aq)+2SO+2SO44

-2-2(aq)(aq)

79

สามารถ้ต�ดัตามความหนาแน,นขั้อง สามารถ้ต�ดัตามความหนาแน,นขั้อง HH22SOSO4 4 เพ)#อทำดัสอบเพ)#อทำดัสอบ ประส�ทำธิ�ภาพขั้องแบตเตอร� ประส�ทำธิ�ภาพขั้องแบตเตอร� (d 1.20 g cm(d 1.20 g cm-3-3))>

หากเย์(นจ�ดั อาจสตาร�ทำเคร)#องย์นต�ไม,ต�ดั เน)#องจากศั�กย์�หากเย์(นจ�ดั อาจสตาร�ทำเคร)#องย์นต�ไม,ต�ดั เน)#องจากศั�กย์�ไฟฟ�า ไฟฟ�า (emf, E) (emf, E) จะลดัลงเล(กน�อย์ เม)#ออ1ณิหภ0ม�ลดัลงจะลดัลงเล(กน�อย์ เม)#ออ1ณิหภ0ม�ลดัลง

แบตเตอร�#ประเภทำน��ม�ค,าคงทำ�# แบตเตอร�#ประเภทำน��ม�ค,าคงทำ�# 15. 15. x 10x 10-4 -4 V/CV/Cถ้�า ถ้�า T T ลดัลดั 40 C 40 C ค,า ค,า E E จะลดัลงไป จะลดัลงไป 66 x10 x10-3 -3 V V ((ลดัลง ลดัลง 005.005. %)%)

เม)#ออ1ณิหภ0ม�ลดัลง ความหน)ดัขั้องเม)#ออ1ณิหภ0ม�ลดัลง ความหน)ดัขั้อง electrolyte electrolyte ลดัลง ลดัลง ไอออนว�#งชั�าลง ก!าล�งขั้องแบตเตอร�#ลดัลงไอออนว�#งชั�าลง ก!าล�งขั้องแบตเตอร�#ลดัลง

80

2. 2. เซลล�สะสมไฟฟ�าแบบน�เก�ลเซลล�สะสมไฟฟ�าแบบน�เก�ล--แคดัเม�ย์มแคดัเม�ย์ม

แอโนดัแอโนดั ((ขั้��วลบขั้��วลบ))

แคโทำดัแคโทำดั ((ขั้��วบวกขั้��วบวก))

NiO2 + 2H2O + 2e Ni(OH)2 + 2OH-

Cd + 2OH- Cd(OH)2 + 2e

รวมปฏิ�ก�ร�ย์ารวมปฏิ�ก�ร�ย์า

Cd + NiO2 + 2H2O Cd(OH)2 + Ni(OH)2

• ศั�กย์�ไฟฟ�า ศั�กย์�ไฟฟ�า = 1.3 V= 1.3 V

81

Lithium battery Lithium battery ใชั�ในม)อถ้)อ ใชั�ในม)อถ้)อ เบา ม�ค,า เบา ม�ค,า EEoo

redred

ต�ดัลบมากทำ�#ส1ดั ต�ดัลบมากทำ�#ส1ดั ((เป$นขั้��ว เป$นขั้��ว anode anode ทำ�#ทำ�#ดั�ดั�))

ใชั�ขั้องแขั้(งพอล�เมอร� เป$น ใชั�ขั้องแขั้(งพอล�เมอร� เป$น ee lectrolyte lectrolyte ทำ�#ย์อมให�ไอออนทำ�#ย์อมให�ไอออนผ่,านแต,ไม,ย์อมให� ผ่,านแต,ไม,ย์อมให� ee-- ผ่,าน ผ่,าน ม�ค,า ม�ค,า E E ไดั�ส0งถ้-ง ไดั�ส0งถ้-ง 3 3 VV

82

Fuel cell: HFuel cell: H22-O-O22 fuel cell fuel cell

- ( ) 2 H2(g) 4+ OH-

(aq)-- > 4H2

4O + e-

(+) M 2(g) 2+ H2

M(l) 4+ e- -- > 4OH -(aq)

2 H2(g) + O

2 (s) -- > 2H

2M(l)

ไม,ม�การสะสมพล�งงาน ดั�งน��นต�องเต�มสารต��งต�น และ ไม,ม�การสะสมพล�งงาน ดั�งน��นต�องเต�มสารต��งต�น และน!าผ่ล�ตผ่ลออกจากเซลล�ตลอดัเวลาน!าผ่ล�ตผ่ลออกจากเซลล�ตลอดัเวลา

83

Electrode Electrode ต�องเป$น ต�องเป$น electrocatalystelectrocatalystค)อเป$นต�วน!าค)อเป$นต�วน!า

ไฟฟ�าไฟฟ�าและทำ!าให�เก�ดัอะตอมบนพ)�นผ่�วใชั� และทำ!าให�เก�ดัอะตอมบนพ)�นผ่�วใชั� Pt, Pt,

Ni, Rh (Ni, Rh (แพงแพง))

84

เซลล�เชั)�อเพล�งเซลล�เชั)�อเพล�ง• เป$นเซลล�ปฐมภ0ม�

• อ�เลคโตรดัเป$นแกBสเชั)�อเพล�ง และต�วออกซ�ไดัซ�

- H2, CH4

- O2

ไม,ม�มลพ�ษทำางเส�ย์ง ไม,ม�มลพ�ษทำางเส�ย์งไม,ม�มลพ�ษไม,ม�มลพ�ษทำางความทำางความ

ร�อน ร�อนไม,ม�การถ้,าย์โอนไม,ม�การถ้,าย์โอน

ความร�อน ความร�อนไม,ม�การส�#นไม,ม�การส�#น

85

Pt หร)อ Pd ฝั@งแทำรกในคาร�บอน

ทำางแกBสออก ทำางแกBสออก

Ag2O หร)อ CoO ฝั@งแทำรกในคาร�บอน

วงจรภาย์นอก

H2 O2

K+

OH-

86

แอโนดั (ขั้��วลบ)

แคโทำดั (ขั้��วบวก)

2H2 + 4OH- 4HO2 + 4e คะตะล�สต�

O2 + 2H2O + 4e 4OH-

คะตะล�สต�

2H2 + O2 2H2Oคะตะล�สต�

87

เซลล�เซลล�อ�เล(กโทำรอ�เล(กโทำรไลต�ไลต�

88

• การแย์กสารดั�วย์กระแสไฟฟ�าเป$นกระบวนการหน-#งการแย์กสารดั�วย์กระแสไฟฟ�าเป$นกระบวนการหน-#งซ-#งเร�ย์กว,าซ-#งเร�ย์กว,า

อ�เล(กโทำรล�ซ�สอ�เล(กโทำรล�ซ�ส (electrolysis) (electrolysis) ซ-#งหมาย์ถ้-งซ-#งหมาย์ถ้-งกระบวนการทำ�#ม�การเปล�#ย์น กระบวนการทำ�#ม�การเปล�#ย์น พล�งงานไฟฟ�าเป$นพล�งงานไฟฟ�าเป$นพล�งงานเคม�พล�งงานเคม�

หร)อหมาย์ถ้-งกระบวนการทำ�#ผ่,านกระแสไฟฟ�าหร)อหมาย์ถ้-งกระบวนการทำ�#ผ่,านกระแสไฟฟ�าเขั้�าไปในสารอ�เล(กโทำรไลต�แล�วเก�ดัการเขั้�าไปในสารอ�เล(กโทำรไลต�แล�วเก�ดัการเปล�#ย์นแปลงทำางเคม�ค)อ ปฏิ�ก�ร�ย์าร�ดัอกซ�น�#นเองเปล�#ย์นแปลงทำางเคม�ค)อ ปฏิ�ก�ร�ย์าร�ดัอกซ�น�#นเอง

เซลล�เซลล�อ�เล(กโทำรไลต�อ�เล(กโทำรไลต�

89

กระบวนการอ�เล(กโทำรล�ซ�สกระบวนการอ�เล(กโทำรล�ซ�ส

• เป$นกระบวนการเก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าโดัย์อาศั�ย์ พล�งงานไฟฟ�าจากแหล,งภาย์นอก

• ส,วนประกอบขั้องกระบวนการอ�เล(กโทำรล�ซ�ส

- แหล,งให�พล�งงานไฟฟ�า/แบตเตอร�#

- อ�เล(กโตรดั 2 ขั้��ว

- สารละลาย์อ�เล(กโทำรไลต�

90

เซลล�อ�เล(กโทำรไลต�เซลล�อ�เล(กโทำรไลต�

• ปฏิ�ก�ร�ย์าร�ดัอกซ� ไม,สามารถ้เก�ดัเองไดั�

• ต�องให�พล�งงานไฟฟ�าจากภาย์นอกเขั้�าไป จ-งจะเก�ดัปฎิ�ก�ร�ย์า

• Ecell ม�ค,าเป$นลบ

• G เป$นบวก

91

ปฏิ�ก�ร�ย์าไฟฟ�าเคม�แบ,งเป$น ปฏิ�ก�ร�ย์าไฟฟ�าเคม�แบ,งเป$น 2 2 ชัน�ดัชัน�ดั

1.1.ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัไดั�เองปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัไดั�เอง E = E = (+)(+) และ และ G = (-)G = (-)2.2.ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#ไม,สามารถ้เก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#ไม,สามารถ้เก�ดัเองไดั�เองไดั�จะต�องไดั�ร�บพล�งงานจะต�องไดั�ร�บพล�งงานจากแหล,งไฟฟ�าขั้�างนอก จากแหล,งไฟฟ�าขั้�างนอก จ-งจะเก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าไดั�จ-งจะเก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าไดั� E = (-)E = (-) และและ G = (+)G = (+)

92

93

ElectrolysisElectrolysis เป$นกระบวนการทำางเป$นกระบวนการทำางเคม�ทำ�#ใชั�พล�งงานไฟฟ�าเพ)#อทำ!าให�เก�ดัเคม�ทำ�#ใชั�พล�งงานไฟฟ�าเพ)#อทำ!าให�เก�ดัปฏิ�ก�ร�ย์าเคม�ทำ�#ไม,สามารถ้เก�ดัขั้-�นไดั�เองปฏิ�ก�ร�ย์าเคม�ทำ�#ไม,สามารถ้เก�ดัขั้-�นไดั�เอง

94

อ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องน!�า

แอโนดั (ขั้��วบวก)

แคโทำดั (ขั้��วลบ)

2H2O O2 + 4H+ + 4e-

4H+ + 4e- 2H2

2H2O 2H2 + O2

ปฏิ�ก�ร�ย์ารวม

95

กฏิขั้องฟาราเดัย์�กฏิขั้องฟาราเดัย์�• ปร�มาณิไฟฟ�า 1 ฟาราเดัย์� หร)อ 96,487 ค0ลอมบ�ทำ!าให�สารเก�ดัอ�เล(กโทำรล�ซ�สไดั� 1 กร�มสมม0ล หร)อ

• ปร�มาณิไฟฟ�าทำ�#ต�องใชั�ในการทำ!าให� อ�เล(กตรอน 1 โมล ทำ!าปฏิ�ก�ร�ย์าม�ค,าเทำ,าก�บ 1 ฟาราเดัย์�

Ag+ + e- Ag

½ Cu2+ + e- Cu

96

ปร�มาณิไฟฟ�า, Q หาไดั�จาก

Q = It

Q = ปร�มาณิไฟฟ�า หน,วย์ค0ลอมบ�

I = กระแสไฟฟ�าหน,วย์ แอมแปร�(A)

t = เวลา (s)

96,487 ค0ลอมบ�มาจาก

F = eNA 97

F = 1.60210 x 10-19 C x 6.02252 x 1023 mol-1

= 96,487 C mol-1

ต�วอย์,างต�วอย์,าง ถ้�าผ่,านกระแสไฟฟ�า ถ้�าผ่,านกระแสไฟฟ�า 3 .0 3 .0 แอมแปร�เขั้�าไปในแอมแปร�เขั้�าไปในสารละลาย์ สารละลาย์ HH2 2 SOSO44 ในเซลล�อ�เล(กโทำรไลต�เป$นเวลาในเซลล�อ�เล(กโทำรไลต�เป$นเวลา

2 2 ชั�#วโมงจงค!านวณิหาน!�าหน�กขั้องออกซ�เจนทำ�#เก�ดัขั้-�นชั�#วโมงจงค!านวณิหาน!�าหน�กขั้องออกซ�เจนทำ�#เก�ดัขั้-�น

แอโนดั (ขั้��วบวก)

แคโทำดั (ขั้��วลบ)

2H+ + e- H2

H2O 1/2O2 + 2H+ + 2e-

98

ปร�มาณิไฟฟ�าทำ�#ใชั� Q = It = 3.0 x 2 x 3600

= 21,600 C

จ!านวนสมม0ล = Q/F

= 21,600/96,487

= 0.224 equiv

น!�าหน�กขั้องออกซ�เจน = 0.224 x 32/4

= 1.792 g

99

โจทำย์�โจทำย์� จงหาเวลาทำ�#ใชั�ในการผ่,านกระแส จงหาเวลาทำ�#ใชั�ในการผ่,านกระแสไฟฟ�า ไฟฟ�า 4 4 แอมแปร�เขั้�าไปในสารละลาย์แอมแปร�เขั้�าไปในสารละลาย์และทำ!าให�เก�ดัทำองแดังหน�ก และทำ!าให�เก�ดัทำองแดังหน�ก 127 127

กร�ม ทำ�#แคโทำดั กร�ม ทำ�#แคโทำดั ((MW = 63.54)MW = 63.54)โจทำย์�โจทำย์� ในการทำ!าอ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องเกล)อ ในการทำ!าอ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องเกล)อแมกน�เซ�ย์มหลอมเหลวโดัย์ผ่,านปร�มาณิแมกน�เซ�ย์มหลอมเหลวโดัย์ผ่,านปร�มาณิไฟฟ�า ไฟฟ�า 965. 965. ค0ลอมบ� เขั้�าไปในเซลล� ค0ลอมบ� เขั้�าไปในเซลล� ปรากฏิว,าไดั�แมกน�เซ�ย์ม ปรากฏิว,าไดั�แมกน�เซ�ย์ม 0012. 0012.กร�มทำ�#แคโทำดั จงค!านวณิน!�าหน�กสมม0ลกร�มทำ�#แคโทำดั จงค!านวณิน!�าหน�กสมม0ลขั้องแมกน�เซ�ย์มขั้องแมกน�เซ�ย์ม((MW = 24.305)MW = 24.305) 100

อ�เล(กโทำรล�ซ�ส อ�เล(กโทำรล�ซ�ส NaClNaClทำ�#หลอมเหลวทำ�#หลอมเหลว

Na+

-+

Cl-

แอโนดัแกรไฟต�

แคโทำดัเหล(ก

+ -2Na+ +2e- 2Na2Cl- Cl2 +2e

101

การผ่ล�ต molten sodium chlorideNaCl ทำ�#หลอมเหลว

anode (oxidation) 2Cl- (l) --> Cl2 (g) + 2e-

cathode (reduction) 2Na+ (l) + 2e- --> 2Na (l)

2Na+ (l) + 2Cl- (l) --> 2Na (l) + Cl2 (g) ปฏิ�ก�ร�ย์ารวม

102

การทำ!าอ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องสารละลาย์ การทำ!าอ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องสารละลาย์ CuSOCuSO 4 4

ใชั�อ�เล(กโทำรดัเฉื่)#อย์ใชั�อ�เล(กโทำรดัเฉื่)#อย์

• ม�การแขั้,งขั้�นในการให�และร�บอ�เล(กตรอนม�การแขั้,งขั้�นในการให�และร�บอ�เล(กตรอนขั้องน!�าขั้องน!�า

103

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัม�ค,าศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องอ�เล(กโตรดัปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัม�ค,าศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องอ�เล(กโตรดั ( E( E00) ) เป$นเป$นบวกมากกว,าบวกมากกว,า

2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0.83 V

เชั,น Cu2+ + 2e- Cu E0 = +0.34 V

- ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัค)อปฏิ�ก�ร�ย์า 1

แคโทำดัปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัค)อแคโทำดัปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัค)อ

1

2

104

H2O ½O2 + 2H+ + 2e E0 = +0.815 V

- ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัค)อ 4

3

4

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัม�ค,าศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องอ�เล(กปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#เก�ดัม�ค,าศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องอ�เล(กโทำรดัโทำรดั ( E( E00 ร�ดั�กชั�นร�ดั�กชั�น)) เป$นบวกน�อย์กว,าเป$นบวกน�อย์กว,า

แอโนดัแอโนดั

2S2O88 -2 (aq) + 2e- 2SO4

2 -(aq)    E๐   +2.01V

105

อ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องสารละลาย์อ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้องสารละลาย์ 1 M 1 M โซเดั�ย์มคลอไรดั�โซเดั�ย์มคลอไรดั�

ใชั�ทำองแดังเป$นขั้��วไฟฟ�า

Na+

-+

Cl-

แอโนดัCu

แคโทำดัCu

+ -

106

• ต�วทำ�#แขั้,งขั้�นให�อ�เล(กตรอน - Cl- , H2O, Cu

• ต�วทำ�#แขั้,งขั้�นร�บอ�เล(กตรอน - H+ , H2O, Na+

ศั�กย์�ไฟฟ�าทำ�#ต�องน!ามาพ�จารณิา

1. Na+ + e- Na E0 = -2.71 V2. 2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0.83 V3. 2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0.41 V (pH = 7)4. 2H+ + 2e- H2 E0 = 0.005. Cu2+ + 2e- Cu E0 = +0.34 V6. ½O2 + 2H+ (10-7 M) + 2e- H2O E0 = +0.82 V7. ½O2 + 2H+ + 2e- H2O E0 = +1.23 V107

8. Cl2 + 2e- 2Cl- E0 = +1.36 V

เน)#องจากสารละลาย์เป$นกลาง

• ปฏิ�ก�ร�ย์าร�ดั�กชั�น (แคโทำดั) (1) ก�บ (3)

• ปฏิ�ก�ร�ย์าออกซ�เดัชั�น (แอโนดั) (5), (6) และ 8

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#น,าจะเก�ดัค)อ 3( ) ก�บ 5( )เพราะให�ศั�กย์�ไฟฟ�าขั้องเซลล�น�อย์ทำ�#ส1ดั

(-0.41-0.34) = -0.75 V108

แอโนดั (ขั้��วบวก)

แคโทำดั (ขั้��วลบ)

Cu Cu2+ + 2e- E0 = +0.34 V

2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0. 41 V

2H2O + Cu H2 + Cu2+ + 2OH- Ecell = -0.75 V

109

ถ้�าเปล�#ย์นขั้��วเป$นแกรไฟต�

Na+

-+

Cl-

แอโนดัแกรไฟต�

แคโทำดัแกรไฟต�

+ -

110

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#น,าจะเก�ดัค)อ 3( ) ก�บ 6( ) เพราะให�ศั�กย์�น�อย์ทำ�#ส1ดั

(-0.41-0.82) = -1.23 V

• เน)#องจากออกซ�เจนม�ศั�กย์�ไฟฟ�าเก�นต�วส0งถ้-ง 15. V

(-0.41-1.5) = -1.91 V

ปฏิ�ก�ร�ย์าทำ�#น,าจะเก�ดัค)อ 3( ) ก�บ (8 ) เพราะให�ศั�กย์�น�อย์กว,า

(-0.41-1.36) = -1.77 V

111

แอโนดั (ขั้��วบวก)

แคโทำดั (ขั้��วลบ)

2Cl- Cl2 + 2e- E0 = -1.36 V

2H2O + 2e- H2 + 2OH- E0 = -0. 41 V

2H2O + 2Cl- H2 +Cl2 + 2OH- Ecell = -1.77 V

112

โจทำย์� จงทำ!านาย์การเก�ดัอ�เล(กโทำรล�ซ�สขั้อง1 ) 1M H2SO4

2) 1 M Na2SO4

3) 1 M NaOHโดัย์ใชั�ขั้��วไฟฟ�าเป$นแกรไฟต�

ประโย์ชัน�ขั้องอ�เล(กโทำรล�ซ�ส

ก) การเตร�ย์มธิาต1และการทำ!าให�บร�ส1ทำธิ�E• โซเดั�ย์ม• อะล0ม�เน�ย์ม• แมกน�เซ�ย์ม• ทำองแดัง 113

โซเดั�ย์ม

• เตร�ย์มจาก NaCl ทำ�#หลอมเหลวใน Down cell

• แคโทำดัทำ!าดั�วย์เหล(กทำรงกระบอก

• แอโนดัทำ!าดั�วย์แกรไฟต�

Na+ + e Na

2Cl- Cl2 + 2e-

• จ1ดัหลอมเหลวขั้อง NaCl 804๐ c ทำ!าให�ลดัลง โดัย์การเต�ม CaCl2 เหล)อ 600๐ c

• แย์ก Na ก�บ Cl2 โดัย์ใชั�ฉื่ากก��น114

อะล0ม�เน�ย์ม

• เตร�ย์มจาก Al2O3 โดัย์ลดัจ1ดัหลอมเหลวจาก 2000 เป$น 1000๐ c ดั�วย์การเต�มไครโอไลต� Na3AlF6

• แคโทำดัทำ!าดั�วย์แผ่,นคาร�บอน

• แอโนดัทำ!าดั�วย์แทำ,งคาร�บอน

2Al3+ + 6e Al

3O2- 3/2O2 + 6e-

115

แมกน�เซ�ย์ม

• ตกตะกอนแมกน�เซ�ย์มในน!�าทำะเลดั�วย์ ไฮดัรอกไซดั�• น!าไปทำ!าปฏิ�ก�ร�ย์าก�บ HCl

• น!า MgCl2 ทำ�#ไดั�ไปหลอม

• ใชั�ขั้บวนการอ�เล(กโตรไลซ�สเชั,นเดั�ย์วก�บ NaCl

ทำองแดัง

• เป$นการทำ!าให�ทำองแดังทำ�#ถ้ล1งไดั�บร�ส1ทำธิ�

116

-+

+ -

A

แอโนดั แคโทำดั

ทำองแดังทำ�#ไม,บร�ส1ทำธิ� ทำองแดังทำ�#

บร�ส1ทำธิ�Cu2+

Cu2+

Cu2+

Fe2+

Zn2+

Cu2+

สารละลาย์ CuSO4

117

ขั้) การชั1บฉื่าบโลหะ

+ -

A

แอโนดั แคโทำดั

โลหะทำ�#ใชั�ชั1บ โลหะทำ�#

ต�องการชั1บCu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

Cu2+

สารละลาย์ CuSO4

-+

118

การผ่1กร,อน (corrosion)

anode Fe(s) Fe2+(aq) + 2e-

cathode O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l)

2Fe(s) + O2(g) + 4H+(aq) + 4e- 2H2O(l) + 2Fe2+

(aq)

EOcell = 1.67 V

ในกรดั มาจาก H2CO3

Fe2+ จะถ้0กออกซ�ไดัซ�ต,อไปโดัย์ O2

CO2+H2O

119

การผ่1กร,อนขั้องโลหะ

• เก�ดัจากการออกซ�เดัชั�นขั้องโลหะโดัย์ แกBสบางชัน�ดัในอากาศั

- O2

- SO2

- CO2

- H2O

การผ่1กร,อนขั้องเหล(ก

• เก�ดัจากความชั)�นในอากาศั120

Fe Fe2+ + 2e ………… (1)

½O2 + H2O + 2e OH- …… (2)

ปฏิ�ก�ร�ย์ารวม

Fe + ½O2 + H2O Fe(OH)2

ขั้��นทำ�#สอง

2Fe(OH)2 + ½O2 + H2O 2Fe(OH)3

สน�ม

121

• ปฏิ�ก�ร�ย์าตามสมการ 1( ) และ 2( ) ไม,ไดั�เก�ดัทำ�# บร�เวณิเดั�ย์วก�น

เน)�อไม�

บร�เวณิทำ�#เก�ดัสน�ม(2)

บร�เวณิทำ�#เก�ดัการผ่1กร,อน

(1)

122

2Fe2+(aq)+ O2(g)+ (4+2n)H2O(l) 2Fe2O3.nH2O(s)+ 8H+

(aq)

rustH2O

anode Fe Fe2++e-

Fe2+ Fe3++e-

Fe2+, Fe3+

e-

O2rust

cathode O2 + 4H+ + 4e- 2H2O

Iron

123

การผ่1กร,อน

124

สาเหต1

Anodic area

cathodic area

Fe Fe2+ + 2e

½O2 + H2O + 2e OH-

125

• Fe2+ เคล)#อนทำ�#ผ่,านต�วกลางจากแอโนดัไปย์�ง แคโทำดั

- อาศั�ย์ความชั)�นบร�เวณิผ่�วหน�าขั้องเหล(ก

- เก�ดัเป$น Fe(OH)2 ตามดั�วย์ Fe(OH)3

สาเหต1ขั้องการแย์กขั้องพ)�นทำ�#ทำ�#เป$นแคโทำดัและแอโนดัสาเหต1ขั้องการแย์กขั้องพ)�นทำ�#ทำ�#เป$นแคโทำดัและแอโนดั

1. ม�โลหะอ)#นเจ)อปนตามผ่�ว- E0 เป$นบวกมากกว,าเหล(ก

- โลหะเจ)อปนจะทำ!าหน�าทำ�#เป$นแคโทำดั

½O2 + H2O + 2e OH- 126

ทำองแดัง ทำองแดังเหล(ก

สน�ม แอ,ง

127

2. ความเขั้�มขั้�นขั้องออกซ�เจนแตกต,างก�น ตามพ)�นผ่�ว

การป�องก�นการส-กกร,อน

1. ปFดัพ)�นผ่�วดั�วย์การทำาส�หร)อเคล)อบ

- น�เก�ล- ทำองแดัง- เง�น- ดั�บ1ก

128

2. ทำาพ)�นผ่�วดั�วย์ต�วย์�บย์��งการส-กกร,อน

• เกล)อโครเมต- เก�ดั FeCrO4 เคล)อบผ่�วหน�าไว�

• เกล)อขั้อง tributylamine

- (C4H9)3NH+

3. เคล)อบหร)อทำาดั�วย์โลหะทำ�#ว,องไวกว,า• ส�งกะส�• แมกน�เซ�ย์ม

• Cathodic protection129

การป�องก�นการผ่1กร,อนขั้องถ้�งการป�องก�นการผ่1กร,อนขั้องถ้�ง เหล(กโดัย์ใชั�ขั้��ว เหล(กโดัย์ใชั�ขั้��ว MgMg

130

สน�มเก�ดัจากการถ้,าย์โอนขั้อง สน�มเก�ดัจากการถ้,าย์โอนขั้อง ee-- และไอออนและไอออนน!�าเกล)อ น!�าเกล)อ ((ทำ!าหน�าทำ�#เป$น ทำ!าหน�าทำ�#เป$น electrolyte) electrolyte) จะชั,วย์เร,งการเก�ดัสน�มจะชั,วย์เร,งการเก�ดัสน�ม

สน�มในโลหะอ)#นๆAl3+ + 3e- Al Eo = -1.66 < EO (Fe)ดั�งน��น ………จะว,องไวต,อการทำ!าปฏิ�ก�ร�ย์ามากกว,า .........Al Fe

ทำ!าไมกระปGอง ภาชันะอะล0ม�เน�ย์ม จ-งไม,ผ่1เก�ดั insoluble Al2O3 ในขั้ณิะทำ�# porous Fe2O3

131

Ag2Sป�องก�นสน�มในโลหะอย์,างไร

1.เคล)อบดั�วย์ส� เก�ดัสน�มไดั�หากส�หล1ดัร,อน ทำ!าให�เก�ดัสน�มใต�พ)�นส�

2 .ทำ!าโลหะ alloy

132

เชั,น conc HNO3 , Na2CrO4

3 . passivation- ทำ!าให�โลหะไม,ว,องไว (inactive) โดัย์เต�ม ต�วออกซ�ไดัซ�ทำ�#แรง จะเก�ดั metal oxide

น�ย์มจ1,มขั้ดัลวดัในแอร�หร)อเคร)#องทำ!าความร�อน ในสารละลาย์น��

4. เคล)อบดั�วย์โลหะอ)#นเชั,น เคล)อบเหล(กดั�วย์ดั�บ1ก หร)อส�งกะส�

133

Fe2+ + 2e- Fe EO = -0.44 Sn2+ + 2e- Sn EO = -0.14

Cathode

Anode

Fe2+ + 2e- Fe EO = -0.44 Zn2+ + 2e- Zn EO = -0.76

Anode

CathodeZinc plated- or galvanized iron

FeSn

FeZn

134

การป�องก�นไม,ให�เหล(กขั้-�นสน�มแบบน��ค)อการป�องก�นไม,ให�เหล(กขั้-�นสน�มแบบน��ค)อCathodic protectionCathodic protection

FeZnZn จะส-กกร,อนไดั�ง,าย์กว,า

Fe

การฝั@งทำ,อเหล(กในดั�น

Mg หร)อ Zne-

EOredน�อย์กว,า Feจะส-กกร,อนไดั�ง,าย์กว,า

Mg Mg2+ + 2e- O2 + 4H++ 4e- 2H2O135

น!�าลาย์เป$น electrolyte

ฟ@นAmalgam (Sn8Hg)

EOred= -0.13 V

เก�ดัอาการเส�ย์วฟ@นเม)#อม�เศัษแผ่,นอะล0ม�เน�ย์มห,อชั(อคโกเลต ต�ดัเขั้�าไปEO

red = -1.66anode

cathode136

137