Galvanic cellGalvanic cell

การเปลยนแปลงพลงงานเสรกบบ (ΔG) ศกยไฟฟาของเซลล (E ) และคาคงทศกยไฟฟาของเซลล (Ecell) และคาคงท

สมดล (K)

เซลลความเขมขน

สรชย แซลม ครชานาญการ สาขาเคม

1

สรชย แซลม ครชานาญการ สาขาเคม

เซลลไฟฟาเคมเซลลไฟฟาเคม

พลงงานเคม พลงงานไฟฟาGalvanic cell

(ปฏกรยาเคม) (กระแสไฟฟา)

Electrolytic cellElectrolytic cell

22

ขบวนการการเปลยนแปลงทางเคมทาใหเกดกระแสไฟฟาขบวนการการเปลยนแปลงทางเคมทาใหเกดกระแสไฟฟา

แผนสงกะส เกดอะไรขน ????

-โลหะ Cu เกาะตดแผนสงกะส-แผนสงกะสคอย ๆ สกกรอนไป

C SOมกระแสไฟฟาเกดขนหรอไม

CuSO4 (aq)

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

Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)3

Net: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)3

การทดลอง การถายโอนอเลกตรอนในเซลลกลวานก

Salt bridge

Zn(s)

Anode (-)

Cu(s)

Cathode (+)Anode ( ) Cathode (+)

2e-

Zn2+ + SO42- Cu2+ + SO4

2-

Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e- Cu2+(aq) + 2e- → Cu(s)4

Net: Zn(s) + Cu2+(aq) → Zn2+(aq) + Cu(s)4

เซลลไฟฟาเคม

anode cathodeoxidation reduction

spontaneousredox reactionredox reaction

55

นกเรยนทาการทดลองการถายโอนอเลกตรอนใน cell กลวานก

66

การเขยนแผนภาพของเซลลกลวานก

1) เขยนครงเซลลออกซเดชนอยทางซาย คนดวย || แลวเขยนครงเซลลรดกชนทางขวา ใหสารละลายอยตดกบสะพานไอออน

2) | กนสถานะทตางกน และ , กนสถานะเดยวกน ระบสถานะของสารโดยใช (s) (l) (g) (aq)

3) เซลลแกสหรอเซลลทประกอบดวยสารละลายอเลกโทไลตมากกวา 1 ชนด ใชควไฟฟา3) เซลลแกสหรอเซลลทประกอบดวยสารละลายอเลกโทไลตมากกวา 1 ชนด ใชควไฟฟาเฉอย เชน Pt หรอ C และระบความดนแกสในวงเลบเดยวกบสถานะทเปนแกส ใช , คน เชน

( ) ( ) +( )Pt(s)|H2(g, 1 atm) |H+(aq)

C(s)|Fe3+(aq), Fe2+(aq)

4) การระบความเขมขนของไอออนในสารละลายใหเขยนไวในวงเลบ4) การระบความเขมขนของไอออนในสารละลายใหเขยนไวในวงเลบ

77

ศกยไฟฟาของเซลล (ECELL) หรอแรงเคลอนไฟฟาของเซลล

แรงเคลอนไฟฟา (electromotive force หรอ emf)

CELL

ภาวะมาตรฐาน : ท 25๐C ความเขมขนของสารละลาย 1 M และความดนของ

แกสเปน 1 atmแกสเปน 1 atm

ภายใตภาวะมาตรฐานแรงเคลอนไฟฟามาตรฐาน หรอศกยไฟฟาของเซลล

มาตรฐาน ใชสญลกษณเปน E๐cellมาตรฐาน ใชสญลกษณเปน E cell

Z ( ) C 2+( 1M) → Z 2+( 1 M) C ( )Zn(s) + Cu2+(aq, 1M) → Zn2+(aq, 1 M) + Cu(s)

E๐cell = 1.10 v 8E cell 1.10 v 8

ชนดของขวไฟฟา

ในการพจารณาวาขวใดเปนแอโนด หรอแคโทด ใหดจากชนดของปฏกรยาทเกดขนทขวไฟฟาวาเปนปฏกรยาออกซเดชน หรอปฏกรยารดกชนเกดขนทขวไฟฟาวาเปนปฏกรยาออกซเดชน หรอปฏกรยารดกชน

Anode = ขวไฟฟาทเกดปฏกรยาออกซเดชน

Cathode = ขวไฟฟาทเกดปฏกรยารดกชน

ในการพจารณาวาขวไฟฟาใดเปนขวลบหรอขวบวก ใหดความหนาแนนของอเลกตรอนบรเวณขวไฟฟา(บรเวณวงจรภายนอกเซลล) วาขวใดมความหนาแนนของอเลกตรอนบรเวณขวไฟฟา(บรเวณวงจรภายนอกเซลล) วาขวใดมความหนาแนนของอเลกตรอนมากกวา

ขวลบ = ขวทมอเลกตรอนหนาแนนบรเวณขวไฟฟามากกวาขวบวก = ขวทมอเลกตรอนหนาแนนนอยบรเวณขวไฟฟา

9

เซลลกลวานก แอโนด = ขวลบ และ แคโทด = ขวบวก9

ครงเซลลไฮโดรเจนมาตรฐาน

Standard Hydrogen Electrode (SHE)

Pt( )|H ( 1 t )|H+( 1 M)Pt(s)|H2(g,1 atm)|H+(aq,1 M)

0บนแพลทนมแบลก E 0 = 0 V2e- + 2H+ (1 M) H2 (g,1 atm)บนแพลทนมแบลก

1010

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลฐ

ศ ไฟฟ ช

Standard reduction potential (E0) เปนศกยไฟฟาทเกดขนจาก

ศกยไฟฟารดกชนมาตรฐาน

Standard reduction potential (E ) เปนศกยไฟฟาทเกดขนจาก

ปฏกรยารดกชนทขวอเลกโทรด ณ ความเขมขนสารเปน 1 M ท

อณหภม 25๐ C ถาเปนแกสกาหนดใหความดนเปน 1 t 11อณหภม 25๐ C ถาเปนแกสกาหนดใหความดนเปน 1 atm 11

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลE0 = 0.34 Vcell

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

Ecell = Ecathode – Eanode

0 0 0

0 34 = E 0 000 20.34 = ECu /Cu – 0.000 2+

ECu /Cu = 0.34 V2+0

12

Cu2+(aq,1 M) + 2e- Cu (s) E0 = +0.34 V12

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลลศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

E 0 = Ered,(cathode) – Ered,(anode)cell0 0

1313

ศกยไฟฟามาตรฐานของครงเซลล

E 0 = 0.76 Vcell

Zn (s) | Zn2+ (1 M) || H+ (1 M) | H (1 atm) | Pt (s)

E0 = EH /H - EZn /Zncell 0 0+ 2+

2

Zn (s) | Zn (1 M) || H (1 M) | H2 (1 atm) | Pt (s)

0.76 V = 0 - Ezn /Zn0 2+

2

14

Zn2+ (1 M) + 2e- Zn E0 = -0.76 V14

ศกยไฟฟามาตรฐาน

• E0 เปนคาเฉพาะปฏกรยาตามทเขยน

ฐ

ฏ

• คา E0 เปนบวกมากแสดงวาปฏกรยา

รดกชนนนเกดไดงาย

ป ไ • ครงปฏกรยาเหลานผนกลบได

• สาหรบปฏกรยายอนกลบ ให กลบสาหรบปฏกรยายอนกลบ ให กลบ

เครองหมายหนาคา E0

• เมอคณสมประสทธในปฏกรยาดวย

ตวเลขใดๆ คา E0 ไมเปลยน 15ตวเลขใดๆ คา E ไมเปลยน 15

จงเรยงลาดบความแรงจงเรยงลาดบความแรงของการเปนตวออกซไดซ

ไป ของสารตอไปน จากมากไปหานอย

MnO2 (s),MnO2 (s),

Br2 (l), Br2 (l),

Cu2+ (aq)( q)

16

ตวออกซไดซทดจะมศกยไฟฟารดกชนสงทสด ซงหมายความวาจะถกรดวซไดงาย 16

เซลลไฟฟาเคมทประกอบดวย Cd electrode ในสารละลาย 1.0 M Cd(NO3)2 และ

Cr electrode ในสารละลาย 1 0 M Cr(NO ) มคาศกยไฟฟามาตรฐานเปนเทาไร?Cr electrode ในสารละลาย 1.0 M Cr(NO3)3 มคาศกยไฟฟามาตรฐานเปนเทาไร?

2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)

Cd2+ (aq) + 2e- Cd (s) E0 = -0.40 V

Cr3+ (aq) + 3e- Cr (s) E0 = -0.74 V

2e- + Cd2+ (1 M) Cd (s)

Cr (s) Cr3+ (1 M) + 3e-Anode (oxidation):Cathode (reduction):

x 2x 32e Cd (1 M) Cd (s)Cathode (reduction):

2Cr (s) + 3Cd2+ (1 M) 3Cd (s) + 2Cr3+ (1 M)

x 3

E0 = Ecathode - Eanodecell 0 0

E0 0 40 ( 0 74) 17E0 = -0.40 – (-0.74) cell

E0 = 0.34 V cell

17

ไ ป การเกดขนไดเองของปฏกรยารดอกซ

E๐cell = E๐red(ปฏกรยารดกชน) – E๐red(ปฏกรยาออกซเดชน)

• คา E → เปนบวก หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง

• คา E → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาทเกดขนเองไมได

1818

แบบฝกหด

1919

การเปลยนแปลงพลงงานเสรกบบ (ΔG) ศกยไฟฟาของเซลล (Ecell)

และคาคงทสมดล (K)

การเคลอนทของกระแสไฟฟาจากจดหนงไปอกจดหนง จาเปนตองใชพลงงานในการ

ผลกดน (Welec) ใหเกดการเคลอนท ซงขนอย ปจจย 2 อยาง คอelec-ประมาณประจไฟฟาทตองการผลกดนใหเคลอนท -ความตางศกยระหวางจด 2 จด (Ecell)cell

ถาอเลกตรอนทถายเทระหวางขวไฟฟา = ท โมล โดย 1 โมลของอเลกตรอนจะมปร 96488 C / l มารประจไฟฟา= 96488 C /mol

W l = nFE (1)Welec = nFEcell …….(1)

(W ) ส ( ΔG) 20แตเนองจากงาน (Welec) มคาเทากบการลดลงของพลงงานเสรกบบ (-ΔG) 20

แรงเคลอนไฟฟาและการเปลยนพลงงานเสร

∆G = -nFE…….(1)∆G nFE…….(1)

n คอ จานวนโมลของอเลกตรอนทถายโอนในปฏกรยา

F คอ คาคงทของฟาราเดย (Faraday,constant)

1 F = 96,500 C/mol e = 96,500 J/V.mol e

∆G๐ = -nFEo

ทสภาวะมาตรฐาน

∆G = -nFE cell

• คา ∆G0 → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง 21 คา ∆G → เปนลบ หมายถง ปฏกรยาเกดขนไดเอง 21

∆G๐ = -nFEo∆G = nFE cell

∆G๐ = -RTlnK

2222

ความสมพนธระหวาง ΔG°, E° และ K ทสภาวะมาตรฐาน

∆G๐ K E๐cell Reaction under Standard-S

t t C dititate Conditions

Negative >1 Positive Spontaneous

0

Positive

=1

<1

0

Negative

At equilibrium

Nonspontaneous Reaction is spontPositive <1 Negative Nonspontaneous. Reaction is spont

aneous in the reverse direction

2323

Neruhst equation and its application

2424

Q = REACTION QUOTIENT Q = KQ QQ < KQ > K

Q = KQ < K Q > K

Q K

Kภาวะสมดล (K)

2525

2626

2727

กรณภาวะสมดล สามารถหาคาไดดงนกรณภาว สมดล สามารถหาคาไดดงน

2828

2929

เซลลความเขมขน

จงหาคาแรงเคลอนไฟฟาของเซลลความเขมขนน

3030

3131

3232