logo IPST4 IPST4
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • หนังสือเรียน
    • Ebook อื่นๆ
  • Apps
  • เกี่ยวกับ scimath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • สมัครสมาชิก
  • ลืมรหัสผ่าน
  • คำถามที่พบบ่อย
  • learning space
  • ระบบอบรมครู
  • ระบบการสอบออนไลน์
  • ระบบคลังความรู้
  • สสวท.
  • สำนักงานสลากกินแบ่ง
  • วีดิทัศน์
  • คลังภาพ
  • บทความ
  • โครงงาน
  • บทเรียน
  • แผนการสอน
  • E-Books
    • คู่มือครู
    • คู่มือการใช้หลักสูตร
    • ชุดสื่อ 60 พรรษา
    • E-Books อื่นๆ
  • Apps
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ
ลงชื่อเข้าสู่ระบบ

  • คำถามที่พบบ่อย
  • สมัครสมาชิก
  • Forgot your password?
ค้นหา
    
ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
เลือกหมวดหมู่
    
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ

เซลล์ไฟฟ้าเบื้องต้น

โดย :
อนุสิษฐ์ เกื้อกูล
เมื่อ :
วันอังคาร, 25 สิงหาคม 2563
Hits
50660
  • 1. Introduction
  • 2.  การประยุกต์ใช้เซลล์อิเล็กโทรไลต์
  • 3. ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิก
  • - All pages -

เซลล์ไฟฟ้าเบื้องต้น

       ไฟฟ้าเกิดจากการทำปฏิกิริยาเคมี ทำได้โดยการนำแท่งวัตถุต่างกัน 2 ชนิด เช่นแท่งสังกะสีและแท่งทองแดง นำไปจุ่มลงในกรดกำมะถันเจือจางหรือกรดซัลฟูริก ที่ถูกเรียกว่า อิเล็กโตรไลต์ (Electrolyte) ใส่ไว้ในโถแก้ว ผลดังกล่าวทำให้เกิดการแยกตัวของประจุไฟฟ้าขึ้น แท่งสังกะสีแสดงศักย์ไฟฟ้าออกมาเป็นลบ แท่งทองแดงแสดงศักย์ไฟฟ้าออกมาเป็นบวก การตรวจสอบโดยการนำมิเตอร์ไปต่อคร่อมระหว่างขั้วทั้งสอง มิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันออกมา ส่วนประกอบของไฟฟ้าเกิดจากการทำปฏิกิริยาทางเคมีเบื้องต้นนี้ เรียกว่า โวลตาอิกเซลล์ (Voltaic cell) หรือเซลล์กัลวานิก

9788 1

ภาพประกอบบทเรียนเซลล์ไฟฟ้าเบื้องต้น
ที่มา https://pixabay.com ,OpenClipart-Vectors

        เซลล์กัลวานิก  (Galvanic  cell)  คือ  เซลล์ไฟฟ้าเคมีชนิดหนึ่งที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็น   พลังงานไฟฟ้า โดยทั่วไป ประกอบด้วยครึ่งเซลล์  2  ครึ่งเซลล์มาต่อเข้าด้วยกัน  และเชื่อมวงจรภายในให้ครบวงจรโดยใช้สะพานไอออนต่อไว้ระหว่างสารละลายในแต่ละครึ่งเซลล์

9788 2

รูปที่  1  แสดงอิเล็กตรอนไหลในเซลล์จากขั้วแอโนด (-)  ไปยังขั้วแคโทด (+)  อิเล็กตรอนเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชันที่ขั้วแคโทด  และอิเล็กตรอนไหลเข้าหาขั้วแคโทดเกิดปฏิกิริยารีดักชัน
ที่มา : https://binicookese.wordpress.com/2015

        ครึ่งเซลล์ (Half  cell)   คือ ระบบที่มีสารจุ่มอยู่ในไอออนของสารนั้น  ถ้าสารที่จุ่มเป็นโลหะก็ใช้โลหะนั้นเป็นขั้ว    เช่น   Zn  จุ่มใน  Zn2+   Zn  ทำหน้าที่เป็นขั้วไฟฟ้า

9788 3

  แสดงครึ่งเซลล์สังกะสี  และครึ่งเซลล์ทองแดง
ที่มา : http://119.46.166.126/self_all/selfaccess12/m6/704/lesson1/index4.php

        แต่ถ้าสารที่จุ่มเป็นก๊าซหรือไอออนของสารในรูปสารละลาย จะต้องใช้ขั้วเฉื่อย  เช่น  Pt  หรือ ขั้ว  C  (แกร์ไฟต์)  เป็นขั้วแทน  เช่น

  1. ก๊าซ H2 (g)  จุ่มใน  H+ (aq)  โดยมี  Pt   เป็นขั้ว
  2. ก๊าซ Cl2  จุ่มใน  Cl- (aq)  โดยมี  Pt  เป็นขั้ว
  3. Fe2+ (aq) จุ่มในสาระลาย  Fe3+ (aq)  โดยมี  Pt  เป็นขั้ว

สะพานไอออน (Salt bridge)

        สะพานไอออน (Salt bridge)  คือ  ตัวเชื่อมต่อวงจรภายในของแต่ละครึ่งเซลล์เข้าด้วยกันให้ครบวงจร  ไอออนในแต่ละครึ่งเซลล์สามารถไหลผ่านสะพานไอออนนี้ได้  สะพานไอออนเป็น   ตัวกันไม่ให้สารละลายในครึ่งเซลล์ทั้งสองผสมกัน

        การสร้างสะพานไอออน

        ทำได้โดยบรรจุสารระลายอิ่มตัวของเกลือ  KNO3  ปนวุ้นที่ร้อนลงในหลอดแก้วรูปตัวยูให้เต็มพอดี เมื่อเย็นลงสารละลายที่ปนวุ้นนี้จะแข็งตัวในหลอดแก้ว  แต่ละปลายอุดด้วยใยแก้ว   ซึ่งนำไปใส่วางค่อมให้ปลายหลอดแก้วแต่ละปลายจุ่มอยู่ในสารละลายของแต่ละครึ่งเซลล์  หลักจากเสร็จต้องทำความสะอาดด้วยน้ำ  แล้วแช่ไว้ในสารละลายอิ่มตัวของ  KNO3  ในน้ำ สะพานไอออนดังกล่าวสามารถนำไปใช้ซ้ำกันหลายครั้งได้

9788 4

แสดงสะพานไอออน
ที่มา : https://my.dek-d.com/mowii/writer/viewlongc.php?id=688154&chapter=4

        ในการปฏิบัติการเคมี เราทำสะพานไอออนง่าย ๆ ด้วยกระดาษกรองกว้างประมาณ  1  cm  ยาว ๆ  ชุบสารละลายอิ่มตัว  KNO3  ให้เปียกหมดทั้งแผ่น  นำไปใช้แทนสะพานไอออนได้

สมบัติของสารที่ใช้ทำสะพานไอออน

  1. เป็นสารประกอบไอออนิกที่ละลายน้ำแตกเป็นไอออนได้ดี  มีปริมาณไอออนเกิดขึ้นมาก

  2. ไอออนต้องไม่ทำปฏิกิริยาเคมีกับสารใด ๆ ในสารละลายของครึ่งเซลล์ทั้งสอง

  3. ไอออนบวกและลบที่แตกตัวได้จากสารต้องสามารถในการเคลื่อนที่เร็วใกล้เคียงกัน

  4. สารที่ใช้ทำสะพานไอออน มีหลายชนิด  เช่น  KNO3  KCl    NH4Cl

  5. ต้องเป็นสารละลายอิ่มตัว  ประกอบด้วยไอออนมาก

หน้าที่ของสารที่ใช้ทำสะพานไอออน

  1. ทำให้ครบวงจรไฟฟ้า  เพราะเชื่อมทั้งสองเซลล์เข้าด้วยกัน

  2. รักษาสมดุลระหว่างไอออนบวก และไอออนลบ ของสารละลายอิเล็กโตรไลต์แต่ละ    ครึ่งเซลล์ตลอดเวลาที่มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก  โดยไอออนบวกและไอออนลบจะเคลื่อนที่จากสะพานไอออนลงสู่สารละลายในแต่ละครึ่งเซลล์ เพื่อทำให้ประจุในแต่ละครึ่งเซลล์สมดุล 

        การรักษาสมดุลของประจุ ที่เกิดจากไอออนของสารละลายอิเล็กโตรไลต์ ในแต่ละครึ่งเซลล์ ด้วยการระบายไอออน ที่ทำให้เกิดการสะสมประจุผ่านสะพานไอออนลงสู่สารละลายอีกครึ่งเซลล์หนึ่ง  เพื่อทำให้ประจุในสารละลายแต่ละครึ่งเซลล์สมดุล  เช่น  เซลล์กัลวานิก ครึ่งเซลล์ที่เกิด ปฏิกิริยาออกซิเดชันสารละลายในครึ่งเซลล์จะเกิดการสะสมประจุบวก  เนื่องจากมีปริมาณไอออนบวกมากกว่าปริมาณไอออนลบเพื่อรักษาสมดุลประจุ จึงระบายไอออนบวก ขึ้นสู่สะพานไอออนไป

ลักษณะสำคัญของเซลล์กัลวานิก

  1. กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นกระแสตรง  คือ  กระแสอิเล็กตรอน

  2. อิเล็กตรอนจะไหลจากครึ่งเซลล์ที่ศักย์ไฟฟ้าต่ำไปสู่ครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง

  3. เซลล์กัลวานิกต่างชนิดกัน จะมีค่าศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ต่างกัน  และจะมีค่ามากหรือน้อยขึ้นอยู่กับครึ่งเซลล์ที่นำมาต่อกัน

  4. เซลล์กัลวานิกที่มีขั้วว่องไวในครึ่งเซลล์ที่แอโนด (ขั้วลบ)  โลหะนั้นจะสึกกร่อนมวลลดลง  เพราะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน  ให้อิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนบวก  ส่วนขั้วแคโทด (ขั้วบวก)  จะมีมวลมากขึ้นเพราะเกิดปฏิกิริยารีดักชัน (รับอิเล็กตรอน)

  5. ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน เป็นปฏิกิริยารีดอกซ์

  6. เมื่อเกิดอิเล็กตรอนไหลนาน ๆ ในวงจรของเซลล์กัลวานิก จะเกิดการสะสมประจุใน ครึ่งเซลล์กล่าวคือ  ครึ่งเซลล์แอโนดที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันจะเกิดการสะสมประจุบวก  และ   ครึ่งเซลล์แคโทด  เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จะเกิดการสะสมประจุลบ  ทั้งนี้เนื่องจากสะพานไอออนไม่สามารถรักษาภาวะสมดุลของประจุไว้ได้ทัน  ทำให้อิเล็กตรอนไหลในวงจรลดลง เป็นผลให้ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ลดลงด้วย  และเมื่อแต่ละครึ่งเซลล์สะสมประจุจนถึงขีดหนึ่งจะไม่มีอิเล็กตรอนไหลออกนอกวงจร  ขณะนั้นเข็มโวลต์มิเตอร์จะชี้ที่เลขศูนย์  ทั้งนี้เพราะขณะนั้นเกิดภาวะสมดุลเคมีขึ้นในแต่ละครึ่งเซลล์นั้น

แหล่งที่มา

แฟรงค์ เดวิด วี. (2547). ชุดสำรวจโลกวิทยาศาสตร์องค์ประกอบพื้นฐานทางเคมี. กรุงเทพฯ: เพียร์สัน เอ็ดดูเคชัน อินโดไชน่า.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). (2551).หนังสือเรียนเคมีพื้นฐานและเพิ่มเติม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 เล่ม 4 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พ.ศ. 2551. กรุงเทพฯ : คุรุสภาลาดพร้าว.

ศรีลักษณ์ พลวัฒนะ, และคณะ.(2551). หนังสือเรียนเสริมฯ เคมีไฟฟ้า ม.4-6 ช.4 สำนักพิมพ์แม็ค บจก. สนพ.

 


Return to contents

การประยุกต์ใช้เซลล์อิเล็กโทรไลต์

          เซลล์อิเล็กโทรไลต์ เป็นเซลล์ที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี  ซึ่งสามารถอาศัยหลักการนี้มาประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้  เช่น  การชุบโลหะ  การทำโลหะให้บริสุทธิ์  การถลุงแยกแร่  การแยกสารละลายเกลือด้วยกระแสไฟฟ้า

9789 1

ภาพประกอบบทเรียนประโยชน์ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
ที่มา https://pixabay.com ,OpenClipart-Vectors

การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า (Electroplating)

         คือ  กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสอย่างหนึ่งที่อาศัยพลังงานไฟฟ้าทำให้ไอออนของโลหะชนิดหนึ่ง กลายเป็นโลหะเคลือบ หรือ เกาะบนโลหะอีกชนิดหนึ่ง  ซึ่งโดยหลักการนี้สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในด้านต่าง ๆ เช่น  การป้องกันการผุกร่อนของโลหะบางชนิด  การทำให้โลหะมีความสวยงามและคงทน   ฯลฯ   

          หลักทั่วไปในการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า

  1. จัดชิ้นงานที่จะชุบต่อเข้ากับขั้วแคโทด (ขั้วลบ)

  2. ต้องการชุบด้วยโลหะใด ให้ใช้โลหะนั้นเป็นแอโนด (ขั้วบวก)

  3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมีไอออนของโลหะที่ใช้เป็นขั้วแอโนด

  4. ต้องใช้ไฟฟ้ากระแสตรง และการกำหนดศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมก็จะทำให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่สวยงาม

          เช่น  ต้องการชุบสร้อยเงินให้เป็นสร้อยทอง  นำสร้อยเงินต่อเข้ากับขั้วแคโทด  และใช้โลหะทองคำ ต่อเข้ากับขั้วแอโนด  โดยใช้สารละลายที่มีไอออนของทอง เช่น Au+ ,Au3+ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์  แล้วต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง ปรับค่าศักย์ไฟฟ้าให้เหมาะสม จะได้สร้อยทองคำที่ทำจาก โลหะเงิน

ตัวอย่างการชุบชิ้นงานทองแดงโดยใช้ไฟฟ้ากระแสตรง

9789 2


ภาพที่  1  แสดงการชุบชิ้นงานด้วยโลหะเงินโดยใช้ไฟฟ้ากระแสตรง
ที่มา : https://il.mahidol.ac.th/e-media/electrochemistry/web/metal_coating.htm

          จากภาพอธิบายได้ว่า

  1. ต่อโลหะเงิน (Ag) เข้ากับขั้วแอโนด หรือขั้วบวก
  2. ต่อชิ้นงานที่จะเคลือบเข้ากับขั้วแคโทด หรือขั้วลบของแบตเตอรี่
  3. ใช้สารละลาย Ag+ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์  เช่น  AgNO3(aq)
  4. ผ่านไฟฟ้ากระแสตรงที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมลงไป

          เมื่อผ่านไฟฟ้ากระแสตรงลงไปในเซลล์ ดังรูป  จะพบว่า  อิเล็กตรอนจากแบตเตอรี่จะเคลื่อนลงไปสู่ขั้วแคโทด ทำให้ขั้วนี้มีปริมาณของอิเล็กตรอนมาก  และ Ag+ ซึ่งเป็นไอออนบวกก็จะเคลื่อนที่เข้ามารับอิเล็กตรอน  เกิดปฏิกิริยารีดักชัน  กลายเป็น โลหะเงิน เคลือบอยู่บนชิ้นงาน  ขณะเดียวกันที่ขั้วแอโนดซึ่งมีโลหะเงินต่ออยู่ก็จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้  Ag+  ลงสู่สารละลายเพื่อชดเชยกับ  Ag+  ที่ลดลง ทำให้ความเข้มขันของสารละลายอิเล็กโทรไลต์คงที่  และอิเล็กตรอนที่ขั้วแอโนดไหลเข้าไปที่ขั้วบวก(แคโทด)             ของแบตเตอรี่ ทำให้กระแสไฟฟ้าครบวงจร  ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ขั้วแอโนด และแคโทด เป็นดังนี้

          ที่ขั้วแอโนด ;  Ag (s)    --- >  Ag+  (aq)  +  e-

          ที่ขั้วแคโทด  ;  Ag+ (aq)  +  e-   --- >   Ag (s)

          การชุบโลหะให้ผิวเรียบและสวยงามนั้นขั้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้

  1. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมีความเข้มข้นที่เหมาะสม

  2. กระแสไฟฟ้าที่ใช้ต้องปรับค่าความต่างศักย์ให้เหมาะสมกับชนิดและขนาดของชิ้นโลหะที่ต้องชุบ

  3. โลหะที่ใช้เป็นแอโนดต้องบริสุทธิ์ และถ้าไม่บริสุทธิ์ต้องใช้สารบางชนิดเติมลงไปเพื่อทำ

ปฏิกิริยา กับสารที่เป็นมลทินไม่ให้มาเกาะบนผิวโลหะที่นำมาชุบ  เช่น    ในทางอุตสาหกรรมจะใส่สารประกอบไซยาไนด์เพื่อให้ทำปฏิกิริยากับโลหะที่เป็นมลทิน โดยจะ เกิดสารประกอบเชิงซ้อน จึงไม่มารบกวนหรือเกาะบนโลหะที่ต้องการชุบ

  1. ไม่ควรชุบนานเกินไป ควรชุบเพียง 2 -3  นาทีเท่านั้น 

 

การทำโลหะให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า  (Electrorefining)

          การทำโลหะให้บริสุทธิ์  เป็นขั้นตอนหนึ่งในกระบวนการถลุงแร่  โดยทั่วไป  โลหะที่ถลุงได้จากแร่มักจะมีมลทินปนอยู่เล็กน้อย  เพื่อทำให้โลหะนี้บริสุทธิ์มากขึ้นจะใช้กรบวนการอิเล็กโทรลิซิส ที่เรียกว่า Electrorefining    ซึ่งมีหลักการดังนี้

  1. นำโลหะที่จะทำให้บริสุทธิ์ต่อเข้ากับขั้วแอโนด (ขั้วบวก)
  2. ใช้โลหะบริสุทธิ์อีกแท่งหนึ่งต่อเข้ากับขั้วแคโทด (ขั้วลบ)
  3. ในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ต้องมีไอออนบวกของโลหะที่ต้องการทำให้บริสุทธิ์ประกอบอยู่ด้วย
  4. ต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้ากระแสตรง และจัดให้มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ที่เหมาะสม

          ตัวอย่างการทำโลหะทองแดงที่ได้จากการถลุงแร่คาลโคไพไรด์ (CuFeS2)  ให้บริสุทธิ์ด้วยไฟฟ้า

9789 3

ภาพที่  2  การทำโลหะทองแดงให้บริสุทธิ์ด้วยวิธีการอิเล็กโทรลิซิส
ที่มา : http://119.46.166.126/self_all/selfaccess12/m6/704/lesson2/index3.php

          การถลุงแร่ทองแดงชื่อว่า  คาลโคไพไรด์ (CuFeS2) จะได้โลหะทองแดงที่บริสุทธิ์  99 %  เท่านั้น ถ้าต้องการทำให้บริสุทธิ์ขึ้นอีกต้องนำโลหะทองแดงที่ได้นี้ไปผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส  แยกมลทินในทองแดงออก

          มลทินที่พบในโลหะทองแดงมี  2  ชนิด  คือ

  1. โลหะที่ถูกออกซิไดส์ง่าย (พวกนี้มีค่า E0  ต่ำ ) เช่น  Zn  ,  Fe

  2. โลหะที่ถูกออกซิไดซ์ยาก (พวกนี้มีค่า E0  สูง ) เช่น  Pt   , Au  ,  Ag

          การจัดเครื่องมือดังรูป  2  ต่อ  Cu  ที่ไม่บริสุทธิ์เข้ากับขั้วแอโนด  และ  Cu  บริสุทธิ์เข้ากับขั้วแคโทด   จุ่มขั้วทั้งสองในสารละลายอิเล็กโทรไลต์  CuSO4   ผสมกับ  H2SO4  แล้วต่อให้ครบวงจรกับ     แบตเตอรี่ ผ่านไฟฟ้ากระแสตรงที่มีศักย์พอเหมาะลงไป  จะพบว่าเกิดปฏิกิริยาขั้นที่ขั้วแอโนด  และแคโทดดังนี้

          ขั้วแคโทด ;   Cu2+ (aq)  +  2e-    --- >    Cu (s)

          ขั้วแอโนด ;    เป็นขั้วที่ต่อกับ  Cu  ไม่บริสุทธิ์ จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้น  โดยโลหะ  Cu  และพวกที่เป็นมลทิน  เช่น  Zn  ,  Fe  (มีค่า  E0  ต่ำ )  จะให้อิเล็กตรอนและเกิดเป็นไอออนบวก คือ  Cu2+  ,  Zn2+  ,  และ Fe2+    ส่วนพวกมลทินที่มี  E0  สูง  เช่น  Ag  ,  Pt  ,  Au   จะให้อิเล็กตรอนยาก  จะตกเป็นตะกอนลงที่แอโนด  เรียกตะกอนของโลหะพวกนี้ว่า  Anode  mud 

                    Cu (s)  --- >    Cu2+ (aq)  +  2e-

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

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

          ไอออนบวกของโลหะที่เกิดจากแอโนดในสารละลาย  คือ  Zn2+ (E0  =  -0.76 V)  ,  Fe2+ (E0  =  -0.41 V) ซึ่งมีค่า  E0  ต่ำกว่า  Cu2+  (E0  =  +0.34 V)  ดังนั้นจึงพบว่า  Cu2+  จะเข้าไปรับอิเล็กตรอนและเกิดปฏิกิริยารีดักชันเป็นโลหะ  Cu  ที่แคโทดได้ดีกว่า  Zn2+  ,  และ  Fe2+  ซึ่งรับอิเล็กตรอนยากกว่าและมีโอกาสเกิดเป็นโลหะที่แคโทดได้น้อย  จึงทำให้โลหะทองแดงที่แยกได้ที่ขั้วแคโทด  มีความบริสุทธิ์  99.95 % 

          H2SO4  ที่เติมลงไปจะมีหน้าที่ไปกัดกร่อนให้  Cu  ,  Zn  และ  Fe  เสียอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนเร็วและง่ายขึ้น

แหล่งที่มา

แฟรงค์ เดวิด วี. (2547). ชุดสำรวจโลกวิทยาศาสตร์องค์ประกอบพื้นฐานทางเคมี. กรุงเทพฯ: เพียร์สัน เอ็ดดูเคชัน อินโดไชน่า.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). (2551).หนังสือเรียนเคมีพื้นฐานและเพิ่มเติม
ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 เล่ม 4 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พ.ศ. 2551. กรุงเทพฯ : คุรุสภาลาดพร้าว.

ศรีลักษณ์ พลวัฒนะ, และคณะ.(2551). หนังสือเรียนเสริมฯ เคมีไฟฟ้า ม.4-6 ช.4 สำนักพิมพ์ แม็ค บจก. สนพ.

 


Return to contents

ประโยชน์ของเซลล์กัลวานิก

       เซลล์กัลวานิกในเชิงพาณิชย์ คือ  เซลล์กัลวานิกที่ผลิตขึ้นมาเพื่อทำการค้าขายในเชิงพาณิชย์  จำแนกออกเป็น  2  ประเภทดังนี้

  1. เซลล์ปฐมภูมิ (Primary  cell)

               คือ   เซลล์ไฟฟ้าที่เมื่อสร้างเสร็จแล้วนำไปใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าออกได้ทันที  เมื่อใช้ไปแล้วส่วนประกอบบางส่วนจะหมดเปลืองไปโดยไม่กลับคงคืนเป็นสภาพเดิมได้อีก  หรือไม่สามารถนำกลับไปอัดไฟและนำกลับมาใช้ได้อีก  เช่น  เซลล์ดาเนียล  เซลล์แห้ง  เป็นต้น

  1. เซลล์ทุติยภูมิ  (Secondary  cell  หรือ  Reversible cell)

               คือ  เซลล์ไฟฟ้าที่เมื่อสร้างเสร็จแล้วต้องนำไปอัดไฟก่อนแล้วจึงจะนำไปใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าออกได้  เมื่อใช้ไปแล้วส่วนประกอบบางส่วนจะหมดเปลือง  และแปรสภาพไป  แต่ทำให้กลับสู่สภาพเดิมได้โดยนำนำเซลล์ไฟฟ้าอัดไฟใหม่  เช่น  เซลล์สะสม    ไฟฟ้าแบบตะกั่ว  เซลล์นิกเกิล - แคดเมียม  เป็นต้น

9790 1

ภาพประกอบบทเรียนประโยชน์ของเซลล์กัลป์วานิก
ที่มา https://pixabay.com ,OpenClipart-Vectors

เซลล์แห้ง  (Dry cell)

                 คือ  เซลล์กัลวานิกซึ่งประกอบด้วยสารที่ไม่ไหลหกออกนอกเซลล์ได้  สารเหล่านี้จะอยู่ในรูปของของแข็ง  หรือกึ่งของเหลวที่ไม่สามารถไหลได้อย่างรวดเร็ว  เซลล์แห้งสามารถอยู่ในรูปกรด  หรือเบส ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับชนิดของสารอิเล็กโทรไลต์ แบ่งออกเป็น  2  ประเภท คือ

  1. เซลล์แห้งชนิดกรด (Acidic dry cells) คือ  เซลล์แห้งที่ใช้สารอิเล็กโทรไลต์ที่มีสมบัติเป็นกรด  เช่น  ถ่านไฟฉาย
  2. เซลล์แห้งชนิดเบส  (Alkaline  dry cells) คือ  เซลล์แห้งที่ใช้สารอิเล็กโทรไลต์ที่มีสมบัติเป็นเบส  เช่น  เซลล์แอลคาไลน์  เซลล์ปรอท  เซลล์เงิน

ตัวอย่างของเซลล์แห้ง

          ก.  ถ่านไฟฉาย เป็นเซลล์ปฐมภูมิชนิดเซลล์แห้ง ชนิดกรด  นิยมใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าในวิทยุ  ของเล่นเด็ก  และหลอดไฟ flash  สำหรับถ่ายรูป  อาจจะเรียกชื่อหนึ่งว่า  เซลล์เลอคังเช ( Leclanche  cell)  ผู้ประดิษฐ์เซลล์ชนิดนี้คือ  Georges  Leclanche  นักวิศวกรชาวฝรั่งเศส  ประดิษฐ์ขึ้นในปี  ค.ศ. 1866 

          ถ่านไฟฉายมีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เริ่มต้น  ประมาณ  1.5  โวลต์ แต่ถ้าใช้ไปนาน ๆ ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์จะตกเหลือประมาณ  0.8  โวลต์  ขณะที่เกิดปฏิกิริยาจะเกิดสารผลิตภัณฑ์สะสมอยู่ภายในเซลล์  และถ้าเซลล์นี้ถูกทิ้งไม่ใช้เป็นวัน ๆ ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์จะกลับเพิ่มขึ้นเป็น  1.3  โวลต์ ขณะนั้นสารผลิตภัณฑ์ที่เกิดจะกระจัดกระจายอยู่ทั่วไปในอิเล็กโทรไลต์นั้น    

          ส่วนประกอบของถ่านไฟฉาย

          ถ่านไฟฉาย  1  เซลล์  ประกอบด้วย  2  ขั้ว คือ  ภาชนะที่ทำด้วยสังกะสีเป็นขั้วแอโนด  และใช้แกรไฟต์ (คาร์บอน) เป็นขั้วแคโทด  เป็นแท่งอยู่ตรงกลาง  และของผสมที่ชื้นของแอมโมเนียมคลอไรด์ (NH4Cl)  แมงกานีส (IV) ออกไซด์  ซิงค์คลอไรด์  และสารเฉื่อยที่เป็นฉนวน  ได้แก่  สารที่เป็นเศษขี้เลื่อย  ของผสมนี้ถูกแยกออกจากกันด้วยกระดาษแผ่นรูพรุนแยกจากสังกะสีแอโนด    เมื่อเซลล์ขับกระแสไฟฟ้าออกมาจะพบว่าที่แอโนด สังกะสีถูกออกซิไดส์เกิดสังกะสีไอออนและอิเล็กตรอน  และที่แคโทด  แมงกานีส (IV) ออกไซด์  เกิดปฏิกิริยารีดักชัน  โดยแมงกานีสเปลี่ยนเลขออกซิเดชันจาก  +4  ใน  MnO2  เป็น  +3  ใน   Mn2O3  ปฏิกิริยาที่เกิดในถ่านไฟฉายเป็นดังนี้

          แอโนด(ขั้วลบ) หรือขั้ว  Zn   ;    Zn (s)   -- > Zn2+ (aq)  +  2e-                       E0  =  +0.763   V

          แคโทด (ขั้วบวก) หรือขั้วแกร์ไฟต์  ;

MnO2 (s)  + 2NH4+ (aq)  + 2e-   -- >  Mn2O3 (s) + 2NH3 (g) + H2O (l)    E0 = +0.50 V

          ปฏิกิริยาสุทธิของเซลล์  ;

 Zn(s) + MnO2 (s)  + 2NH4+ (aq) -- > Zn2+ (aq)  + Mn2O3 (s) + 2NH3 (g) + H2O (l) ;  =  1.26 V

          ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ที่คำนวณได้ ทำที่ภาวะมาตรฐาน (250 C  1  atm)  แต่ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ในถ่านไฟฉายกลับเป็น  1.5  ค่าทั้งสองนี้ต่างกันเล็กน้อย เพราะถ่านไฟฉายประกอบด้วยสารที่มีความเข้มข้นสูงกว่าความเข้มข้นที่ภาวะมาตรฐาน

          ก๊าซแอมโมเนียที่เกิดขึ้นที่ขั้วแคโทด ทำปฏิกิริยากับสังกะสีไอออน  เกิดสารเชิงซ้อน [ Zn(NH3)4]2+  ดังนี้                            Zn2+ (aq)  +  4NH3 (g)  -- >   [ Zn(NH3)4]2+(aq)

          ปฏิกิริยานี้ช่วยลดความเข้มข้นของสังกะสีไอออน  ทำให้ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เกือบคงที่  และช่วยป้องกันไม่ให้โมเลกุลของก๊าซแอมโมเนีย  ซึ่งเป็นฉนวนรวมตัวกันเป็นชั้นบาง ๆ ไปเกาะที่ผิวขั้วแคโทด  เรียกว่า เกิด  Polarization  ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าหยุดไหลหรือลดลงได้ 

          ถ่านไฟฉายเป็นเซลล์ปฐมภูมิที่มีอายุการใช้งานสั้นเมื่อเทียบกับราคาแล้วจะแพงกว่า  และเกิด     พลังงานต่อหนึ่งหน่วยมวลต่ำ  (0.0666  kwh/kg)  สังกะสีที่ใช้ทำภาชนะ ผุกร่อนง่าย  ไม่เหมาะสมที่จะใช้เป็นแหล่งกำเนิดไฟฟ้าในเครื่องมือ  และอุปกรณ์ต่าง ๆ เพราะการผุกร่อนง่ายของสังกะสีทำให้เซลล์รั่วแตกออก  เกิดความเสียหายต่ออุปกรณ์ต่าง ๆ ได้

          ข.  เซลล์อัคคาไลน์  (Alkaline  dry cells) เป็นเซลล์ปฐมภูมิ มีหลักการเดียวกันกับถ่านไฟฉาย  แต่สารละลายอิเล็กโตรไลต์จะใช้ สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ ภาชนะที่ทำด้วยสังกะสีจึงไม่ผุกร่อนได้ง่ายใน OH-  ขั้วแอโนดถูกล้อมรอบด้วยสารผสมระหว่างสังกะสีกับโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์มีลักษณะเป็นกาว (Paste)  ส่วนที่ขั้วแคโทดมีสารละลายผสมระหว่างแมงกานีส (IV)  ออกไซด์กับแกรไฟต์ล้อมรอบ เซลล์ ชนิดนี้มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์เท่ากับ  1.54  โวลต์  เกือบคงที่  และมีอายุการใช้งานยาวนานกว่าถ่านไฟฉาย เมื่อเทียบราคาแล้วถูกกว่า ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์เป็นดังนี้

          ที่แอโนด  ;  Zn(s)  +  2OH- (aq)   -- >  ZnO (s)  +  H2O (l)  +  2e- 

          ที่แคโทด  ;  2MnO2 (s) + H2O (l)  +  2e-   -- >   Mn2O3 (s)  +  2OH- (aq)

          ปฏิกิริยาสุทธิของเซลล์ คือ          Zn(s) + 2MnO2 (s)   -- >  Zn(OH)2 (s)  +  Mn2O3 (s)

          1.2.  เซลล์ทุติยภูมิ (Secondary cell หรือ  Reversible cell)

            เป็นเซลล์กัลวานิก ที่สารตั้งต้นที่ถูกใช้ไปแล้วสามารถทำให้กลับคืนมาใหม่ได้  โดยการผ่านไฟฟ้ากระแสตรงลงไปในเซลล์ในปริมาณที่พอเหมาะ  เรียกกระบวนการนี้ว่า  อัดไฟ  (Charging หรือ Recharging)   ก่อนจะนำเซลล์ไปใช้ต้องนำไปอัดไฟเสียก่อน  แล้วจึงนำไปใช้เพื่อจ่ายกระแสไฟฟ้าออกได้ เมื่อใช้ไปนาน ๆ  สารตั้งต้นจะถูกใช้หมดไป  จึงต้องนำไปอัดไฟใหม่เพื่อให้สารผลิตภัณฑ์กลับมาเป็นสารตั้งต้นใหม่อีกครั้ง  แล้วสามารถนำไปใช้จ่ายกระแสไฟฟ้าต่อได้  เช่น  เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว  เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม

          ก.  เซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว (Lead  storage battery) เป็นเซลล์กัลวานิกชนิดเซลล์ทุติยภูมิ  ที่สามารถอัดไฟนำกลับมาใช้ใหม่ได้ และเนื่องจากตะกั่วเป็นธาตุที่มีความหนาแน่นสูง  จึงเป็นผลทำให้เซลล์ชนิดนี้ให้พลังงานต่อหนึ่งหน่วยมวลต่ำ  (0.022 Kwh/kg)  เมื่อนำเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่วต่อกันเป็นอนุกรม  6  เซลล์  มีศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ประมาณ  12  โวลต์  แต่ละเซลล์ประกอบด้วยแอโนด เป็นตะกั่วอัด  พื้นผิวขรุขระเป็นรูพรุน   และแคโทดเป็นแผ่นตะกั่วเคลือบหุ้มด้วยเลด (IV) ออกไซด์ (PbO2)  ขั้วทั้งสอง จุ่มในสารละลายกรดกำมะถันเข้มข้น  40%  โดยมวล  (ประมาณ  5.3  mol/dm3 )  มีความถ่วงจำเพาะ  1.3  และถ้าความถ่วงจำเพาะต่ำกว่า  1.1  จะต้องนำไปอัดไฟใหม่

          ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจากการจ่ายไฟของเซลล์สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เป็นดังนี้

          ที่ขั้วแอโนด  ;  Pb (s)  +  SO42- (aq)  -- >   PbSO4 (s)  +  2e-, E0 = +0.356  V

          ที่ขั้วแคโทด  ;

          PbO2 (s) + 4H+ (aq)  + SO42- (aq) + 2e-  -- >  PbSO4 (s) + 2H2O (l)  , E0  = +1.685 V

          ปฏิกิริยาสุทธิเป็นดังนี้

         Pb (s)  + PbO2 (s) + 4H+ (aq)  + 2SO42- (aq) -- >   2PbSO4 (s) + 2H2O (l) ,  = +2.041 V

          ขณะที่เกิดกระแสไฟฟ้าขึ้นในวงจรของเซลล์จะเกิดตะกอน  PbSO4  ตกลงที่ก้นภาชนะ  ความเข้มข้นของกรดกำมะถันลดลง  และลดลงถึงจุดหนึ่งต้องนำไปอัดไฟใหม่

แหล่งที่มา

แฟรงค์ เดวิด วี. (2547). ชุดสำรวจโลกวิทยาศาสตร์องค์ประกอบพื้นฐานทางเคมี. กรุงเทพฯ:

เพียร์สัน เอ็ดดูเคชัน อินโดไชน่า.

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.). (2551).หนังสือเรียนเคมีพื้นฐานและเพิ่มเติม ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 4-6 เล่ม 4 กลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ ตามหลักสูตรแกนกลางการศึกษาขั้นพื้นฐาน พ.ศ. 2551. กรุงเทพฯ : คุรุสภาลาดพร้าว.

ศรีลักษณ์ พลวัฒนะ, และคณะ.(2551). หนังสือเรียนเสริมฯ เคมีไฟฟ้า ม.4-6 ช.4 สำนักพิมพ์แม็ค บจก. สนพ.

 


Return to contents
Previous Page 1 / 3 Next Page
หัวเรื่อง และคำสำคัญ
เซลล์กัลวานิก , เซลล์ไฟฟ้า
ประเภท
Text
รูปแบบการนำเสนอ แบ่งตามผลผลิต สสวท.
สื่อสิ่งพิมพ์ในรูปแบบดิจิทัล
ลิขสิทธิ์
สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.)
วันที่เสร็จ
วันพุธ, 13 กุมภาพันธ์ 2562
ผู้แต่ง หรือ เจ้าของผลงาน
นายอนุสิษฐ์ เกื้อกูล
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
เคมี
ระดับชั้น
ม.1
ม.2
ม.3
ม.4
ม.5
ม.6
ช่วงชั้น
มัธยมศึกษาตอนต้น
มัธยมศึกษาตอนปลาย
กลุ่มเป้าหมาย
ครู
นักเรียน
บุคคลทั่วไป
  • 9788 เซลล์ไฟฟ้าเบื้องต้น /lesson-chemistry/item/9788-2019-02-21-06-37-12
    เพิ่มในรายการโปรด
  • ให้คะแนน
    Average rating
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5
    • Share
    • Tweet
    • Share

ค้นหาบทเรียน
กลุ่มเป้าหมาย
ระดับชั้น
สาขาวิชา/กลุ่มสาระวิชา
การกรองเปลี่ยนแปลง โปรดคลิกที่ส่งเมื่อดำเนินการเสร็จ
  • บทเรียนทั้งหมด
  • ฟิสิกส์
  • เคมี
  • ชีววิทยา
  • คณิตศาสตร์
  • เทคโนโลยี
  • โลก ดาราศาสตร์ และอวกาศ
  • วิทยาศาสตร์ทั่วไป
  • สะเต็มศึกษา
  • อื่น ๆ
  • เกี่ยวกับ SciMath
  • ติดต่อเรา
  • สรุปข้อมูล
  • แผนผังเว็บไซต์
  • คำถามที่พบบ่อย
Scimath คลังความรู้

สถาบันส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี (สสวท.) กระทรวงศึกษาธิการ เป็นหน่วยงานของรัฐที่ไม่แสวงหากำไร ได้จัดทำเว็บไซต์คลังความรู้ SciMath เพื่อส่งเสริมการสอนวิทยาศาสตร์ คณิตศาสตร์และเทคโนโลยีทุกระดับการศึกษา โดยเน้นการศึกษาขั้นพื้นฐานเป็นหลัก หากท่านพบว่ามีข้อมูลหรือเนื้อหาใด ๆ ที่ละเมิดทรัพย์สินทางปัญญาปรากฏอยู่ในเว็บไซต์ โปรดแจ้งให้ทราบเพื่อดำเนินการแก้ปัญหาดังกล่าวโดยเร็วที่สุด

The Institute for the Promotion of Teaching Science and Technology (IPST), Ministry of Education, a non-profit organization under the Thai government, developed SciMath as a website that provides educational resources in Science, Mathematics and Technology. IPST invites visitors to use its online resources for personal, educational and other non-commercial purpose. If there are any problems, please contact us immediately.

Copyright © 2018 SCIMATH :: คลังความรู้ SciMath. Terms and Conditions. Privacy. , All Rights Reserved. 
อีเมล: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it. (ให้บริการในวันและเวลาราชการเท่านั้น)