ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี

เซลล์กัลวานิก

เป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เกิดปฏิกิริยาเคมีแล้วให้กระแสไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น เซลล์ไฟฟ้าเคมี ถ่านไฟฉาย แบตเตอรี่รถยนต์ และเซลล์เชื้อเพลิงที่มนุษย์อวกาศใช้ในการเดินทางไปสำรวจดวงจันทร์(เกิดปฏิกิริยาเคมี ได้กระแส)
การสร้างเซลล์กัลวานิก
นำโลหะต่างชนิดกันจุ่มในภาชนะทีบรรจุสารละลายที่มีอิออนของโลหะนั้น เช่น โลหะ A จุ่มใน A2+ และโลหะ B จุ่มใน B2+ เป็นต้น และภาชนะ 2 ใบนี้มีสะพานอิออนเชื่อมถึงกัน แล้วต่อลวดตัวนำจากขั้วทั้งสองเข้ากับโวลต์มิเตอร์ (volt meter) ซึ่งมีเข็มแสดงทิศทางการไหลของอิเล็กตรอน พบว่าเข็มกระดิกแสดงว่าอิเล็กตรอนไหล

จากรูปพบว่าเข็มของโวลต์มิเตอร์เบนจาก A ไปยัง B แสดงว่าอิเล็กตรอนไหลจาก A ไปยัง B เราต้องการทราบสิ่งต่อไปนี้
1. ขั้วบวกและขั้วลบ
1.1 ขั้วบวก คือ ขั้วที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่นน้อยกว่า หรือขั้ว e ไหลเข้า ได้แก่ ขั้ว B
1.2 ขั้วลบ คือ ขั้วที่มีอิเล็กตรอนหนาแน่นมากกว่า หรือขั้ว e ไหลออก ได้แก่ ขั้ว A
2. ขั้วแอโนด (Anode) และขั้วแคโทด (Cathode)
2.1 แอโนด คือขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ได้แก่ ขั้ว A เพราะให้ e
2.2 แคโทด คือขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน ได้แก่ ขั้ว B เพราะรับ e

3. แผนภาพเซลล์กัลวานิก เขียนได้ดังนี้
3.1 เขียนครึ่งเซลล์แอโนดไว้ทางซ้าย ครึ่งเซลล์แคโทดไว้ทางขวา คั่นกลางด้วยสะพานอิออน ซึ่งใช้เครื่องหมาย หรือ //
3.2 สำหรับครึ่งเซลล์แอโนดและแคโทดเขียนอิเล็กโทรดไว้ซ้ายสุดและขวาสุด ภายในครึ่งเซลล์ถ้าต่างวัฏภาคกันใช้เครื่องหมาย / คั่น
3.3 สารละลายที่ทราบความเข้มข้นให้เขียนระบุไว้ในวงเล็บ
3.4 ถ้าครึ่งเซลล์ที่เป็นก๊าซให้ระบุความดันลงในวงเล็บด้วย

 ตัวอย่าง การเขียนแผนภาพเซลล์ไฟฟ้าเคมี
1. A | A 2+ (aq) || B 2+ (aq) | B หรือ A | A 2+ || B 2+ | B
2. Zn | Zn 2+ (0.1 M) || Cu 2+ (0.1 M) | Cu
3. Pt | H 2 (1 atm) | H + (1 M) || Cu 2+ | Cu(s)

4. ปฏิกิริยาที่เกิดในเซลล์ไฟฟ้าเคมี
ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์
4.1 แอโนด เกิดปฏิกิริยา Oxidation
4.2 แคโทด เกิดปฏิกิริยา Reduction
ปฏิกิริยาทั้งเซลล์ เป็นปฏิกิริยา Redox
5. สมการแสดงปฏิกิริยา
สมการแสดงปฏิกิริยาครึ่งเซลล์
แอโนด (Oxidation) A ----> A2+ + 2e ........(1)
แคโทด (Reduction) B2+ + 2e ------> B ........(2)
สมการแสดงทั้งเซลล์เป็น Redox (ทำให้ e หมดไป) (1) + (2)                               A   +   B ²⁺     ↔     A ²⁺    +   B 6. สารใดให้อิเล็กตรอนง่ายกว่าหรือเป็นตัวรีดิวซ์ดีกว่า โลหะ A > โลหะ B
7. สารใดเป็นตัวชิงอิเล็กตรอนดีกว่าหรือเป็นตัวออกซิไดซ์ดีกว่า B2+ > A2+
8. ศักย์ไฟฟ้าใครสูงกว่า ศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วบวกสูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วลบคือ B > A ดังนั้น กระแสจะไหลจาก B ไปยัง A สวนทางกับการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
ความต่างศักย์ = ศักย์ที่ขั้วบวก - ศักย์ที่ขั้วลบ
9. เข็มจะไม่กระดิกในกรณีที่ศักย์ทั้งสองขั้วเท่ากัน  อิเล็กโทรลิซิส (Electrolysis) คือกระบวนการผ่านกระแสไฟฟ้า (D.C.) จากภายนอก เข้าไปในสารละลายอิเล็กโทรไลต์แล้วทำให้เกิด ปฏิกิริยาเคมี ตัวอย่าง เช่น อิเล็กโตรลิซึม และ การชุบ (ขบวนการที่ผ่านกระแสไฟฟ้าทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมี)
เครื่องมือที่ใช้แยกสารละลายด้วยไฟฟ้า เรียกว่า เซลล์อิเล็กโทรไลต์ หรืออิเล็กโทรลิติกเซลล์ ประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าภาชนะบรรจุสารละ ลายอิเล็กโทรไลต์ และเครื่องกำเนิดกระแส ตรง (D.C) เช่น เซลล์ไฟฟ้า หรือ แบตเตอรี่

ขั้วไฟฟ้า (Electrode) คือแผ่นตัวนำที่จุ่มในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แล้วต่อกับเซลล์ไฟฟ้าหรือ แบตเตอรี่ แบ่งเป็นแอโนดและแคโทด
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ คือ สารละลายที่นำไฟฟ้าได้ เพราะมี Iron (+) + Iron(-)Iron (+) วิ่งไปรับอิเล็กตรอนที่ขั้วลบ เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จึงเรียก ขั้วลบ ว่า แคโทด และ เรียกไอออนบวกว่า แคตไอออน (cathion)
Iron (-) วิ่งไปให้ e- ที่ขั้วบวกเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า แอโนด และ เรียก Iron (-) ว่า แอนไอออน (Anion)
ดังนั้น ที่ Anode มี Anion คือ ไอออนลบ และ ที่ Cathode มี Cathion คือ Ion บวก
Anode (oxidation) ตรงกับขั้วบวก Cathode (Reduction) ตรงกับขั้วลบ

เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่เมื่อเกิดปฏิกิริยาเคมีภายในเซลล์ เกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ แล้วไม่สามารถนำกลับมาใช้ใหม่ได้ เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท เซลล์เงิน เป็นต้น เซลล์ไฟฟาประเภทนี้ เมื่อสร้างเสร็จสามารถนำมาใช้ได้เลย