คำถามสิ่งแวดล้อม 100 ข้อ

http://www.school.net.th/library/snet6/envi5/que/num1.htm

เซลล์อิเล็กโทรไลต์

  เมื่อผ่านไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ที่ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าสองขั้วจุ่มอยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ จะเกิดปฏิกิริยาเกิดขึ้นภายในเซลล์ เรียกกระบวนการนี้ว่าอิเล็กโทรลิซิส (electrolysis) และเรียกเซลล์ไฟฟ้าเคมีนี้ว่า เซลล์อิเล็กโทรไลต์ ดังรูป

          ในการพิจารณาขั้วบวก/ขั้วลบจะพิจารณาจากปริมาณอิเล็กตรอนว่ามีมากหรือน้อย

                   - เซลล์แกลแวนิก ขั้วที่เกิดออกซิเดชันมีอิเล็กตรอนสะสม(จากภายใน) จึงเป็นขั้วลบ

                   - เซลล์แกลแวนิก ขั้วที่เกิดรีดักชันมีอิเล็กตรอนสะสม(จากภายนอก) จึงเป็นขั้วลบ

          ในเมื่อแบตเตอรี่เป็นตัวจ่ายกระแสไฟฟ้า อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ออกจากขั้วแอโนด (ขั้วลบ) ของแบตเตอรี่ผ่านลวดตัวนำไปยังขั้วไฟฟ้าของเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ดังนั้นขั้วไฟฟ้าที่ต่อกับขั้วลบของแบตเตอรี่จะเป็นขั้วแคโทด เพราะเป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน และเนื่องจากต่อกับขั้วลบ ขั้วไฟฟ้านี้จึงเป็นขั้วลบ ส่วนขั้วไฟฟ้าอีกขั้วหนึ่งเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันจึงเป็นขั้วแอโนด และต่อกับขั้วบวกของแบตเตอรี่จึงเป็นขั้วบวก อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ออกจากขั้วแอโนดของเซลล์เข้าสู่แบตเตอรี่

ประโยชน์ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์

การชุบช้อนโลหะด้วยเงิน        

          หลักการของการชุบโลหะด้วยไฟฟ้าคือ ต้องให้โลหะชนิดหนึ่งมาเคลือบบนโลหะอีกชนิดหนึ่งที่อยู่เป็นแคโทด โดยจัดเซลล์ดังนี้

          ขั้วแอโนด: โลหะที่ใช้ชุบ

          ขั้วแคโทด: โลหะที่ต้องการชุบ

          สารละลายอิเล็กโทรไลต์: โลหะไอออนของโลหะที่เป็นแอโนด

          ไฟฟ้า: กระแสตรง

          จากรูป การชุบช้อนโลหะด้วยเงิน ต้องใช้เงินเป็นแอโนด ช้อนโลหะเป็นแคโทด และใช้สารละลายซิลเวอร์ไนเตรตเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์

               ขั้วแอโนด: Ag:            Ag(s) Ag⁺(aq) + e^-

               ขั้วแคโทด: ช้อน:          Ag⁺(aq) + e^- Ag(s)

การทำทองแดงให้บริสุทธิ์

          สิ่งเจือปนที่มักจะมีอยู่ในทองแดง ได้แก่ เหล็ก เงิน ทอง แพลตินัม และสังกะสี เมื่อต้องการทำทองแดงให้บริสุทธิ์ (GRedCat) ต้องจัดให้แท่งทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์เป็นขั้วแอโนด (LAnOX) และแผ่นทองแดงที่บริสุทธิ์เป็นแคโทดจุ่มอยู่ในสารละลายผสมของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟตกับกรดซัลฟิวริก ครึ่งปฏิกิริยารีดักชันและค่า E^๐ ที่เกี่ยวข้องมีดังต่อไปนี้

                    Au³⁺(aq) + 3e^- Au(s)                        +1.50 V

                    Pt²⁺(aq) + 2e^- Pt(s)                          +1.20 V

                    Ag⁺(aq) + e^- Ag(s)                            +0.80 V

                    Cu²⁺aq) + 2e^- Cu(s)                   +0.34 V

                    Fe²⁺(aq) + 2e^- Fe(s)                         -0.44 V

                    Zn²⁺(aq) + 2e^- Zn(s)                         -0.76 V

          การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นเมื่อผ่านกระแสไฟฟ้าตรงที่มีศักย์ไฟฟ้าที่เหมาะสมลงไปในสารละลาย ดังนั้นที่ขั้วแอโนด สารที่จะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันก็คือ Cu แต่ค่า E^๐ ของ Fe และ Zn มีค่าน้อยกว่า Cu จึงสามารถเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดีกว่า Cu^2+,  Fe²⁺ และ Zn²⁺ จึงละลายลงไปในสารละลาย ส่วน Au  Pt และ Ag ซึ่งมีศักย์ไฟฟ้าสูงกว่าไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ เมื่อแท่งทองแดงที่ไม่บริสุทธิ์กร่อนไปเรื่อย ๆ Au  Pt และ Ag ก็จะตกเป็นตะกอนลงมาที่ก้นภาชนะ
          ส่วนที่ขั้วแคโทด ไอออนที่สามารถจะเกิดปฏิกิริยารีดักชันได้คือ Cu^2+,  Fe²⁺ และ Zn²⁺ แต่ค่า E^๐ ของ Cu²⁺ สูงที่สุดจึงมาเกิดปฏิกิริยารีดักชันที่ขั้วแคโทดได้ จึงเกิดเป็นโลหะทองแดงเกาะที่ขั้วซึ่งเป็นแผ่นทองแดงบริสุทธิ์ ทำให้ได้ทองแดงที่บริสุทธิ์ขึ้น ส่วน Fe2+ และ Zn2+ ก็จะอยู่ในสารละลาย

          ที่ขั้วแอโนด          Cu(s)  Cu²⁺aq) + 2e^- 

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

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

          ที่ขั้วแคโทด          Cu²⁺aq) + 2e^- Cu(s)