วันอังคารที่ 29 ตุลาคม พ.ศ. 2556

Home

ข้อมูลเกี่ยวกับครูผู้สอน


ชื่อนางสาวภิรมย์ เตียงกูล

tel :  085678861686
โรงเรียน เตรียมอุดมศึกษาพัฒนาการ นนทบุรี

วันจันทร์ที่ 28 ตุลาคม พ.ศ. 2556

เซลล์อิเล็กโทรไลต์





เซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ใช้พลังงานไฟฟ้าให้เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี หรือเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น นั่นเอง
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็จะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ ซึ่งเซลล์ประเภทนี้จะมีค่า Ecell ติดลบ
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยภาชนะที่บรรจุสารเคมีที่จะเกิดปฏิกิริยา และมีขั้วไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่กับแหล่งไฟฟ้ากระแสตรง โดยทั่วไปมักเป็นขั้วเฉื่อยที่ไม่มีส่วนร่วมกับปฏิกิริยา ดังรูป
รูปที่ 3  แสดงเซลล์อิเล็กโทรไลต์
 จากรูป ใช้สารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ขณะที่ผ่านไฟฟ้ากระแสตรงเข้าไป ไอออนบวก (Cation) จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วลบ (แคโทด) และไอออนลบ (Anion) จะเคลื่อนที่ไปยังขั้วบวก (แอโนด) เพื่อให้อิเล็กตรอนถูกออกซิไดส์
ส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
1. ขั้วไฟฟ้า(Electrode) เป็นโลหะหรือแกรไฟต์ที่นำไฟฟ้าได้ดี โดยทั่วไปมักจะใช้ขั้วเฉื่อย เช่น ขั้ว Pt สามารถจำแนกขั้วไฟฟ้าได้ดังนี้
จำแนกตามการเกิดปฏิกิริยา
1.1 ขั้วแอโนด (Anode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน
1.2 ขั้วแคโทด (Cathode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน
จำแนกขั้วตามการต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.1 ขั้วบวก เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.2 ขั้วลบ เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
2. สารอิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่มีสถานะของเหลวประกอบด้วยไอออนที่เคลื่อนที่ และนำไฟฟ้าได้ 
2.1 สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมเหลว
2.2 สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ


เซลล์กัลวานิก


เซลล์กัลวานิก


1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท เซลล์เงิน แบตเตอรี

ดาวน์โหล

 ขั้วไฟฟ้า มี 2 ชนิด

    1.1 ขั้วว่องไว (Active electrode) ได้แก่ ขั้วโลหะทั่วไป เช่น Zn Cu Pb ขั้วพวกนี้บางโอกาสจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาด้วย

    1.2 ขั้วเฉื่อย (Inert electrode) คือ ขั้วที่ไม่มีส่วนร่วมใดๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น Pt C(แกรไฟต์)

    ในเซลล์ไฟฟ้าปกติ จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วเสมอ ดังนี้

    1. ขั้วแอโนด (Anode) คือ ขั้วที่เกิดออกซิเดชัน

    2. ขั้วแคโทด (Cathode) คือ ขั้วที่เกิดรีดักชัน 

เลขออกซิเดชัน


เลขออกซิเดชัน ย่อว่า ON. 

     คือค่าประจุไฟฟ้าที่สมมติขึ้นของไอออนหรืออะตอมของธาตุ โดยคิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้หรือรับหรือใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุตามเกณฑ์ที่กำหนดขึ้น เลขออกซิเดชันส่วนใหญ่เป็นเลขจำนวนเต็มบวกหรือลบหรือศูนย์

เลขออกซิเดชันหรือสถานะออกซิเดชัน (Oxidation State) คือค่าประจุของแต่ละอะตอม (ถ้าถือว่าการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์) ในโมเลกุล โดยมีหลักการในการกำหนดเลขออกซิเดชันดังนี้
1.   เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระมีค่าเป็น 0 เช่น  Na, O2 และ  P4
2. โลหะแอลคาไล (alkali metal = หมู่ IA) มีเลขออกซิเดชันเป็น +1
โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท (หมู่ IIA) มีเลขออกซิเดชันเป็น +2
3. H มีเลขออกซิเดชันเป็น +1 ยกเว้นเมื่อเป็นสารประกอบโลหะไฮไดรด์ เช่น NaH อะตอมของธาตุ H มีเลขออกซิเดชันเป็น -1
4. O มีเลขออกซิเดชันเป็น -2 ยกเว้นในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ (peroxide) และสารประกอบซูเปอร์ออกไซด์ (superoxide)
        - สารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H2O2 อะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชันเป็น -1 และ
        - สารประกอบซูเปอร์ออกไซด์ เช่น Na2O อะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชันเป็น -1/2
5. เลขออกซิเดชันของไอออนอะตอมเดี่ยวมีค่าเท่ากับประจุของไอออนนั้น เช่น
       - Na+ มีเลขออกซิเดชันเป็น +1
       - O2- มีเลขออกซิเดชันเป็น -2

เลขออกซิเดชันของไอออนที่เป็นหมู่อะตอมมีผลรวมของเลขออกซิเดชันเท่ากับประจุของไอออนนั้น เช่น
       - SO42- อะตอมของธาตุ S มีเลขออกซิเดชันเป็น +6 และอะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชันเป็น -2
6. ผลรวมของเลขออกซิเดชันของสารที่เป็นกลางทางไฟฟ้ามีค่าเป็น 0 เช่น
       - NaCl อะตอมของธาตุ Na มีเลขออกซิเดชันเป็น +1 และ อะตอมของธาตุ Cl มีเลขออกซิเดชันเป็น -1 ส่วน
       - HNO3 อะตอมของธาตุ H มีเลขออกซิเดชันเป็น +1 อะตอมของธาตุ N มีเลขออกซิเดชันเป็น +5 และอะตอมของธาตุ O มีเลขออกซิเดชัน เป็น -2

          เลขออกซิเดชันของธาตุต่าง ๆ เมื่อเกิดเป็นสารประกอบ แสดงในตารางต่อไปนี้ เลขออกซิเดชันที่มีสีแดงเป็นเลขออกซิเดชันที่พบเป็นส่วนใหญ่



ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า หรือปฏิกิริยารีดอกซ์

ปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า หรือปฏิกิริยารีดอกซ์

•ปฏิกิริยารีดอกซ์ คือ ปฏิกิริยาเคมี ที่มีการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างสารตั้งต้นทำให้เลขออกซิเดชันมีการเปลี่ยนแปลงไป ซึ่งจะทำให้มีอะตอมของธาตุบางตัวสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน จะเรียกปฏิกิริยาที่เกิดการเสียอิเล็กตรอนว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation) และเรียกปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอนว่า ปฏิกิริยารีดักชัน (Reduction)  เช่น

MnO2 (s)+ 2KBr(aq)+ 2H2SO4 (aq) ® MnSO4 (aq)+K2SO4(aq)+2H2O(l) + Br2 (l)

16.2  การดุลสมการรีดอกซ์

          ปฏิกิริยารีดอกซ์  เป็นปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน โดยมีทั้งเลขออกซิเดชันลดลงและเพิ่มขึ้น  หรือเป็นปฏิกิริยาที่มีการให้และรับอิเล็กตรอน (มีการถ่ายโอนอิเล็กตรอน) ดังนั้น  การดุลสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ จึงใช้  วิธี  คือ การใช้เลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลงไป  และใช้การให้และรับอิเล็กตรอน (หรือ การใช้ครึ่งปฏิกิริยา)

          การดุลสมการทั่วไป เป็นการทำจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ  ของสารตั้งต้น เท่ากับจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ ของสารผลิตภัณฑ์  หรือทำจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ ทางซ้าย และขวาของสมการให้เท่ากัน  สำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ นอกจากจะต้องทำจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ ทางซ้ายและขวาให้เท่ากัน ยังต้องทำเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลงไปให้เท่ากัน  หรือต้องทำจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับให้เท่ากัน  และถ้าเป็นการดุลสมการไอออนิก ต้องทำจำนวนประจุทางซ้ายและขวาให้เท่ากันอีกด้วย

 

          16.2.1  การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซิเดชัน

          การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้วิธีเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง (The Oxidation Number Change Method)  เป็นการดุลสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยทำเลขออกซิเดชันที่ลดลงเท่ากับเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น  แล้วทำจำนวนอะตอมของธาตุต่าง ๆ ทางซ้ายและทางขวาให้เท่ากัน  แต่ถ้าเป็นสมการไอออนิกต้องทำค่าประจุรวมทางซ้าย  และทางขวาให้เท่ากันด้วย

          หลักทั่วไปของการดุลสมการรีดอกซ์โดยวิธีเลขออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลง ดังนี้

          1. เขียนสมการของปฏิกิริยาที่ยังไม่ดุล  แสดงเลขออกซิเดชันของธาตุที่เปลี่ยนแปลงไป  และ แสดงเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้น  และลดลงไว้ข้างล่าง โดยคิดต่อสารตั้งต้นที่เป็นตัวออกซิไดส์หรือตัวรีดิวซ์นั้น  โมเลกุล

          2. ทำเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นและลดลงให้เท่ากัน   ด้วยกาคูณไขว้สลับค่าเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นและลดลงนั้น

          3. ทำจำนวนอะตอมของธาตุมี่เปลี่ยนเลขออกซิเดชัน ทั้งซ้ายและทางขวาให้เท่ากัน

          4. ดุลจำนวนอะตอมของธาตุอื่น ๆ  ที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันให้เท่ากัน  ถ้ามี  H2O  ( H  และ ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน)   รวมอยู่ด้วยให้ดุลเป็นอันดับสุดท้าย และในการดุล  H2ให้ทำจำนวนอะตอม  ซ้ายและขวาให้เท่ากัน

          5.  สำหรับสมการไอออนิก  เมื่อดุลถึงขั้นที่  ให้ดุประจุทั้งทางซ้ายและขวาให้เท่ากันแล้วจึงดุลขั้นที่  ต่อ ไป

          6.  สมการที่ดุลแล้ว ต้องทำเลขสัมประสิทธิ์ข้างหน้าของสารทุกชนิดเป็นตัวเลขอย่างต่ำ

 2 การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ครึ่งปฏิกิริยา


          การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้วิธีการครึ่งปฏิกิริยา (Half  reaction Method)  หรือ วิธีการไอออน - อิเล็กตรอน (Ion-electron Method)  เป็นวิธีที่ดุลสมการด้วยการทำจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับให้เท่ากัน สมการที่จะดุลด้วยวิธีนี้ต้องเป็นสมการไอออนิก  ถ้าไม่เป็นสมการไอออนิกต้องเปลี่ยนเป็นสมการไอออนิกก่อน แล้วจึงดุลได้

หลักการดุลสมการโดยใช้วิธีการครึ่งปฎิกิริยา
          1.  ใช้การเปลี่ยนเลขออกซิเดชันของธาตุ  แบ่งส่วนที่ถูกออกซิไดส์  และถูกรีดิวซ์  เขียนโครงครึ่งปฏิกิริยาไอออนิกสุทธิ  2  โครง  โดยโครงหนึ่งเป็นส่วนที่ถูกออกซิไดส์  และอีกส่วนหนึ่งถูกรีดิวซ์
          2.  ดุลแต่ละครึ่งปฏิกิริยาที่แยกได้
                   2.1. ดุลอะตอมของธาตุที่ถูกออกซิไดซ์ และที่ถูกรีดิวซ์ ทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ ยกเว้น  O  และ  H  ยังไม่ดุล
                   2.2 ดุลธาตุออกซิเจนด้วยการเติมน้ำ (H2O)  เติม  H2O  ลงข้าวที่มีออกซิเจนน้อยกว่า
                   2.3 ในปฏิกิริยาที่เป็นกรดเติม  H+  ลงในข้างที่มีไฮโดรเจนน้อยกว่าของสมการ เพื่อดุลอะตอมของ  H
                   2.4. เติมจำนวนอิเล็กตรอนลงในข้างที่มีประจุมาก  จำนวนอิเล็กตรอนที่เติมลงไปเท่ากับผลต่างระหว่างประจุรวมทั้ง  2 ข้าง
                   2.5 สำหรับปฏิกิริยาที่เป็นเบสเมื่อดุลถึงขึ้นนี้ถ้าในสมการมี  H+  เกิดขึ้นไม่ว่าอยู่ทางข้างซ้ายหรือขวาให้ทำลาย  H+  ทั้งหมดด้วยการบวก  OH+  เข้าไปในสมการทั้งข้างซ้ายและขวาด้วยจำนวนเท่ากับจำนวน  H+  นั้น เพื่อสะเทินกรด   (H+ ) ทั้งหมดด้วย  OH-  จะได้สมการของครึ้งปฏิกิริยาแบบรีดักชันหรือแบบออกซิเดชันที่ดุลแล้ว
          3.  ทำจำนวนอิเล็กตรอนในสมการของปฏิกิริยาออกซิเดชัน  และรีดักชันให้เท่ากันแล้วนำสมการทั้งหมดมาบวก อิเล็กตรอนหักล้างหมดไป  จะได้สมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ดุลแล้วตามต้องการ
          ตรวจนับ จำนวนอะตอมของธาตุแต่ละธาตุเท่ากัน  และประจุรวมข้างซ้าเท่ากับประจุรวมข้างขวาแสดงสมการสุทธิดุล

คำอธิบายรายวิชา


                 ศึกษาวิเคราะห์ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน  ปฏิกิริยารีดอกซ์    การใช้หลักการจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมีไปใช้ประโยชน์  เช่น   เป็นแหล่งพลังงานไฟฟ้า    ใช้แยกและทำโลหะให้บริสุทธิ์    ใช้ชุบโลหะป้องกันการสึกกร่อนของโลหะ ศึกษาและสืบค้นข้อมูลเกี่ยวกับอุตสาหกรรมเคมี ในประเทศไทย  โดยใช้กระบวนการทางวิทยาศาสตร์   การสืบค้นข้อมูลและการอภิปรายเพื่อให้เกิด   ความคิด  ความเข้าใจ   สามารถสื่อสารสิ่งที่เรียนรู้    มีความสามารถในการตัดสินใจ     นำความรู้ไปใช้ในชีวิตประจำวัน   มีจิตวิทยาศาสตร์   จริยธรรม   คุณธรรม   และค่านิยมที่เหมาะส

ผลการเรียนรู้
            1. อธิบายความหมายและหลักการของปฏิกิริยารีดอกซ์   เขียนและดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลข
                ออกซิเดชัน และปฏิกิริยาครึ่งเซลล์   และอภิปราย ประโยชน์ของปฏิกิริยารีดอกซ์ได้
            2. ทดลอง  อภิปรายและสรุปหลักการของ เซลล์กัลวานิก  พร้อมทั้งเขียนแผนภาพของเซลล์กัลป์วานิก
                คำนวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานครึ่งเซลล์ และศักย์ไฟฟ้าของเซลล์   หลักการทำงานของเซลล์-
              กัลป์วานิกแบบต่าง ๆ  และการนำไปใช้ประโยชน์
            3. อธิบาย และวิเคราะห์หลักการทำงานของเซลล์อิเล็กโทรไลต์   เขียนสมการเคมีแสดงปฏิกิริยาที่
                 เกิดขึ้นภายในเซลล์การนำหลักการของเซลล์อีเล็กโทรไลต์  การชุบโลหะและการทำโลหะให้
               บริสุทธิ์ 
            4. ทดลอง อธิบาย สืบค้นข้อมูล และสรุปการเกิดสนิม  การผุกร่อนเนื่องจาก สารเคมี เพื่อหาวิธีป้องกัน
            5. สืบค้น  อภิปราย  และสรุป ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีที่ เกี่ยวข้องกับเซลล์ไฟฟ้าเคมี
            6. สืบค้นข้อมูล อภิปรายเกี่ยวกับหลักการของอุตสาหกรรมในประเทศไทย  ได้แก่   การถลุงแร่
                อุตสาหกรรมเซรามิกส์  อุตสาหกรรมที่เกี่ยวข้องกับโซเดียมคลอไรด์  อุตสาหกรรมปุ๋ย  การใช้
                ประโยชน์และผลกระทบที่อาจเกิดขึ้น