เคมี ไฟฟ้าเคมี

สรุปเนื้อหา ไฟฟ้าเคมี คืออะไร

ไฟฟ้าเคมี เป็นการศึกษาเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า แบ่งออกเป็น 2 ประเภท ตามการถ่ายเทของอิเล็กตรอน คือ ปฏิกิริยาที่มีการถ่ายเทอิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) และปฏิกิริยาที่ไม่มีการถ่ายเทอิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยานอนรีดอกซ์ (Nonredox Reaction)

โดยปฏิกิริยารีดอกซ์ (Redox Reaction) ก็คือ ปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชันของสาร โดยปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าสามารถแยกออกเป็นปฏิกิริยาย่อย (หรือที่เรียกว่า ครึ่งปฏิกิริยา) ได้ 2 ปฏิกิริยา ได้แก่

ครึ่งปฏิกิริยาที่มีการให้อิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยาออกซิเดซัน
ครึ่งปฏิกิริยาที่มีการรับอิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยารีดักซัน

ซึ่งปฏิกิริยาทั้งสองนี้จะต้องเกิดขึ้นพร้อมกัน จึงจะสามารถเรียกปฏิกิริยารวมว่า “ปฏิกิริยาออกซิเดชัน – รีดักชัน” หรือ “ปฏิกิริยารีดอกซ์” ได้ ดังนั้น จึงสรุปได้ว่าการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์จะต้องประกอบไปด้วย สารที่ให้อิเล็กตรอนเรียกว่าตัวรีดิวซ์ เกิดปฎิฏิกี๊ริยาออกซิเดซัน (Oxidation Reaction) และสารที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่าตัวออกซิไดซ์ เกิดปฎิกิริยารีดักซัน (Reduction Reaction) โดยปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า หรือปฏิกิริยารีดอกซ์สามารถนำไปใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันมากมาย เช่น การชุบโลหะ การทำแบตเตอร์รี่ การแยกสารด้วยไฟฟ้า การทำสารให้บริสุทธิ์ เป็นต้น

เลขออกซิเดชัน คืออะไร

เลขออกซิเดชัน คือ ค่าประจุไฟฟ้าที่สมมติขึ้นของไอออนหรืออะตอมของธาตุ เขียนตัวย่อได้ว่า ON. ซึ่งคิดจากจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้, รับ หรือใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุตามเกณฑ์ที่กำหนดขึ้น โดยเลขออกซิเดชันส่วนใหญ่จะเป็นเลขจำนวนเต็มบวกหรือลบหรือศูนย์

ในสารประกอบไอออนิก อะตอมมีการให้และรับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นไอออนบวกและไอออนลบ ดังนั้น เลขออกซิเดชันจึงตรงกับค่าประจุไฟฟ้าที่แท้จริง

ซึ่งมีค่าเท่ากับประจุไฟฟ้าของไอออนนั้นๆ

ในสารประกอบโคเวเลนต์ อะตอมของธาตุจะใช้อิเล็กตรอนร่วมกัน ไม่ได้มีการให้และรับอิเล็กตรอนเหมือนกับในสารประกอบไอออนิก ดังนั้น ในกรณีนี้เลขออกซิเดชันจะเป็นแต่เพียงประจุสมมติ ส่วนอะตอมของธาตุใดจะมีค่าเลขออกซิเดชันเป็นบวกหรือลบ ให้พิจารณาค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี โดยอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงกว่าจะมีเลขออกซิเดชันเป็นลบ ส่วนอะตอมของธาตุที่มีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีต่ำกว่าจะมีเลขออกซิเดชันเป็นบวก ทั้งนี้ การจะมีค่าบวกเท่าไรนั้นพิจารณาได้จากจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนที่อะตอมของธาตุนำไปใช้ร่วมกับอะตอมของธาตุอื่น

เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical cell) มีดังนี้

1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า ประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2ครึ่งเซลล์มาต่อกัน และเชื่อมให้ครบวงจรโดยใช้สะพานไอออนต่อระหว่างครึ่งเซลล์ไฟฟ้าทั้งสอง เซลล์กัลวานิกมี 2
ประเภท คือ

เซลล์ปฐมภูมิ ได้แก่ เซลล์แห้ง เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท
เซลล์ทุติยภูมิ ได้แก่ แบตเตอรี่สะสมไฟฟ้าแบบตะกั่ว เซลล์นิกเกิล-แคดเมียม หรือเซลล์นิแคด และเซลล์ลิเทียมไอออน

2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น เช่น เซลล์แยกน้ำด้วยไฟฟ้า การซุบโลหะด้วยไฟฟ้า โดย ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมีสามารถแบ่งได้เป็น

ขั้วไฟฟ้า คือ แผ่นตัวนำที่จุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แล้าต่อกับเซลล์ไฟฟ้าหรือแบตเตอรี่ แบ่งเป็นแอโนด และ แคโทด
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ คือ สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เพราะมี Iron (+) + Iron(-)

ตัวอย่างข้อสอบ ไฟฟ้าเคมี

1. ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับตัวรีดิวซ์

ก. สารที่ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่น แล้วมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น
ข. สารที่ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่น แล้วมีเลขออกซิเดชันลดลง
ค. สารที่รับอิเล็กตรอนจากสารอื่น แล้วมีเลขออกซิเดชันเพิ่มขึ้น
ง. สารที่รับอิเล็กตรอนจากสารอื่น แล้วมีเลขออกซิเดชันลดลง

2. ข้อใดกล่าวถูกต้องเกี่ยวกับตัวออกซิไดซ์

3. ปฏิกิริยาในข้อใดไม่ใช่ปฏิกิริยารีดอกซ์

ก. N2 + 3H2 ——-> 2NH3
ข. Mg + 2HCI ——-> MgCl2 + H2
ค. 3Cl2 + 6KOH ——-> KCIO3+ 5KCI + 3H20
ง. Na2SO4 + BaCl2 ——-> BaSO4 + 2NaCl

4. จงพิจารณาปฏิกิริยาต่อไปนี้ Cu + 2H2SO4 ——-> CuSO4 + 2H2O + SO2 ข้อใดกล่าวถูกต้อง

ก. Cu ตัวออกซิไดส์ H2SO4 ตัวรีดิวซ์
ข. Cu ตัวรีดิวซ์ H2SO4 ตัวออกซิไดส์
ค. Cu เป็นทั้งตัวออกซิไดส์ และ ตัวรีดิวซ์
ง. H2SO4 เป็นทั้งตัวออกซิไดส์ และ ตัวรีดิวซ์

5. จากปฏิกิริยารีดอกซ์ต่อไปนี้ 6Cl2 + 6Ba(OH)2 ——-> 5BaCl2 + Ba(ClO3)2 + 6H20 สารใดเป็นตัวรีดิวซ์

ก. Cl2
ข. Ba(OH)2
ค. BaCl2
ง. Ba(ClO3)2