ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์

ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (E cell)
                             Ecell = E cathode - E anode
         ยิ่งสารตัวใดมี ค่า E มาก จะมีความสามารถในการชิง อิเล็กตรอนได้ดี
        โดย เรากำหนดให้ ครึ่งเซลล์มาตรฐาน มีค่าเท่ากับ 0.0 V 

เซลล์กัลวานิก

เซลล์กัลวานิกประกอบด้วยสองครึ่งเซลล์ ที่เชื่อมต่อกันด้วยสะพานไอออน
       ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ให้e) เรียกว่า ขั้วแอโนด ( anode ) และขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน  (รับe)เรียกว่า ขั้วแคโทด (cathode)
        การเชื่อมแผนภาพเซลล์กัลวานิก
                      
                                  ออกซิเดชั่น || รีดักชั่น
                   เช่น
                                  B (s)  |  B+ (aq)  ||  A+ (aq)  | A (s)
                  

จากภาพ
           

ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด ( Zn )                 Zn (s ) Zn 2+(aq) + 2e -

ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (Cu )                      Cu 2+(aq) + 2e -Cu(s)

    
              ระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้นที่ขั้วแอโนด Zn จะค่อย ๆ กร่อนแล้วเกิดเป็น Zn 2+ ละลายลงมาในสารละลายที่มี Zn 2+ และ SO 4 2- ส่วนที่ขั้วแคโทด Cu 2+ จากสารละลายเกิดปฏิกิริยารีดักชันกลายเป็นอะตอมของทองแดงเกาะอยู่ที่ผิวของขั้วไฟฟ้า เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปจะพบว่าในครึ่งเซลล์ออกซิเดชันสารละลายจะมีประจุบวก (Zn 2+) มากกว่าประจุลบ (SO 4 2-) และในครึ่งเซลล์รีดักชันสารละลายจะมีประจุลบ (SO 4 2-) มากกว่าประจุบวก (Cu 2+) จึงเกิดความไม่สมดุลทางไฟฟ้าขึ้น ปัญหานี้สามารถที่จะแก้ไขได้โดยการใช้ สะพานเกลือ (salt bridge) เชื่อมต่อระหว่างสองครึ่งเซลล์ ซึ่งสะพานเกลือทำจากหลอดแก้วรูปตัวยู ภายในบรรจุอิเล็กโตรไลต์ที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสารในเซลล์และมีไอออนบวก ไอออนลบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกัน หรือทำจากกระดาษกรองชุบอิเล็กโตรไลต์ โดยสะพานเกลือทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่เชื่อมต่อระหว่างครึ่งเซลล์ทั้งสอง และเป็นสิ่งที่ป้องกันการเกิดการสะสมของประจุโดยไอออนบวกจากสะพานเกลือจะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุลบมาก ในทางตรงกันข้ามไอออนลบก็จะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุมาก จึงทำให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้ในเวลาที่มากขึ้น
           และเนื่องจากครึ่งเซลล์ทั้งสองเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก ครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันสูงกว่าจะเกิดรีดักชัน และครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันต่ำกว่าจะ(ถูกบังคับให้)เกิดออกซิเดชัน ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดนี้ เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive force: emf) และมีหน่วยเป็น โวลต์ (volt)
                                      
                                 

เซลล์กัลวานิก

เซลล์กัลวานิก

ได้กล่าวถึงปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเมื่อนำแผ่นสังกะสีจุ่มลงในสารละลายของทองแดง หรือตัวรีดิวซ์จุ่มลงในตัวออกซิไดซ์โดยตรงแล้วในบทนำ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นทำให้เกิดพลังงานในรูปของความร้อน แต่ถ้าแยกตัวรีดิวซ์ออกจากตัวออกซิไดซ์ แล้วเชื่อมต่อวงจรภายนอกและสะพานเกลือ ( salt bridge) อิเล็กตรอนก็จะถูกถ่ายโอนผ่านตัวกลางภายนอกจากขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไปยังขั้วไฟฟ้าที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน จึงทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้ เซลล์ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมีนี้เรียกว่า เซลล์กัลวานิก หรือเซลล์โวลตาอิก (galvanic cell or voltaic cell)  
                                                           ^
                                                           ^
                                                           .
                                                           .
มีลักษณะคือ ภาพด้านบนค่ะ ^ ^  

การดุลสมการรีดอกซ์

การดุลแบบตรึ่งปฏิกิริยา  มักใช้กับ กรด-เบส
                        หลักการ
                       1 หาเลขออกซิเดชั่นของธาตุ  ทราบตัวรีดิวซ์ และตัวออกซิไดซ์
                       2 แยกครึ่งปฏิกิริยา ออกซิเดชั่น รีดักชั่น
                       3 แต่ละครึ่งปฏิกิริยา ให้ 
                             + ดุลจำนวนอะตอมของตัว รีดิวซ์/ตัวรีดักชั่น
                             + ดุลจำนวน ออกซิเจน โดยใส่น้ำ ด้านตงข้ามของสมการ
                             +ดุล ไฮโดรเจนโดยเติม H+ จำนวนเท่ากับด้านตรงข้ามของสมการ
                             +ดุลประจุ2ข้างให้เท่ากัน และดุลประจุในแต่ละปฏิกิริยาให้เท่ากัน
                       4รวมทั้ง2สมการเข้าด้วยกัน  ตรวจสอบจำนวนอะตอมและประจุ
                       5 ในสารละลายเบส การกำจัด H ต้องเติม OH- ทั้ง2ข้าง และตรวจสอบสมการอีกครั้ง
เช่น
              Cr2O7  +  I --------------- Cr3+   +  I2

 รีดักชั่น                  6e +Cr2O72-   + 14H  -------------  2Cr3+  + 7H2O
ออกซิเดชั่น           2I-  -------------  I2  +  2e      :  คูณ3ทั้งสมการ
                          ดุลe  ให้เท่ากันเพื่อตัดออก และรวม2สมการเข้าด้วยกัน
  ได้ 
                   Cr2O7  +  6I  + 14H  --------------- 2Cr3+   +  3I2 +7H2O

การดุลสมการ รีดอกซ์

ทำได้โดย 
             1.การดุลแบบเลขออกซิเดชั่น    2 การดุลแบบครึ่งปฏิกิริยา

 การดุลแบบเลขออกซิเดชั่น
               หลักการ
                            1 หาเลขออกซิเดชั่นของธาตุ  ทราบตัวออกซิไดซ์ และตัวรีดิวซ์
                            2 ดุลจำนวนอะตอมของตุวออกซิไดซ์ และตัวรีดิวซ์ ทั้งด้านขวาและซ้ายของสมการ
                            3 ทำจำนวน อิเล็กตรอนที่ให้และรับให้เท่ากันโดยหาเลขที่เหมาะสมมาคูณ
                            4 ดุลจำนวนอะตอมของธาตุในสมการ
                            5 ตรวจสอบจำนวนอะตอมและประจุทั้งด้านซ้ายและขวาของสมการ

เช่น
             

Al   +  Zn2+  ----------------  Zn  +   Al3+

                Al ให้ 3e x 2  

Al   +  Zn2+  ----------------  Zn  +   Al3+

                         Zn2+ รับ2e x3         

เมื่อจำนวนe เท่ากัน ให้นำเลขที่เหมาะสมนั้น ใส่หน้าสาร ในที่นี้ 2 เป็นเลขเหมาะสมของ คู่ Al  และ 3 เป็นเลขเหมาะสมของคู่  Zn จะได้

               2Al   +  3Zn2+  ----------------  3Zn  +   2Al3+

หลักเกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน เพิ่มเติม

1. ธาตุหมู่ IA , IIA , IIIA ในสารประกอบต่างๆ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +1 , + 2 , + 3 ตามลำดับ

2. ธาตุอโลหะส่วนใหญ่ในสารประกอบมีเลขออกซิเดชันได้หลายค่า เช่น Cl ใน HCl HClO HClO 2 HClO 3 และ HClO 4 มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ - 1, +1, +3, +5 และ +7 ตามลำดับ

3. ธาตุแทรนซิชันส่วนใหญ่มีเลขออกซิเดชันได้มากกว่าหนึ่งค่า เช่น Fe ใน FeO และ Fe 2O 3 มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 และ +3

หลักเกณฑ์ในการกำหนดค่าเลขออกซิเดชัน

 การกำหนดเลขออกซิเดชันมีเกณฑ์ดังนี้

1. เลขออกซิเดชันของธาตุอิสระทุกชนิดไม่ว่าธาตุนั้นหนึ่งโมเลกุลจะประกอบด้วย กี่อะตอมก็ตามมีค่าเท่ากับศูนย์ เช่น Na,  He, H 2, N 2,  S 8 ฯลฯ มีเลขออกซิเดชันเท่ากับศูนย์

2. เลขออกซิเดชันของไฮโดรเจนในสารประกอบโดยทั่วไป (H รวมตัวกับอโลหะ ) เช่น HCl , H 2O , H 2SO 4 ฯลฯ มีค่าเท่ากับ + 1 แต่ในสารประกอบไฮไดรด์ของโลหะ (H รวมตัวกับโลหะ ) เช่น NaH , CaH 2 ไฮโดรเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1

3. เลขออกซิเดชันของออกซิเจนในสารประกอบโดยทั่วไปเท่ากับ -2 แต่ในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ เช่น H 2O 2 และ BaO 2 ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 ในสารประกอบซุปเปอร์ออกไซด์ ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1/2 และในสารประกอบ OF 2 เท่านั้น ที่ออกซิเจนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2

4. เลขออกซิเดชันของไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมชนิดเดียวกันมีค่าเท่ากับประจุที่แท้จริงของไอออนนั้น เช่น Mg 2+ ไอออน มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ +2 ,F - ไอออนมีเลขออกซิเดชันเท่ากับ -1 เป็นต้น

5. ไอออนที่ประกอบด้วยอะตอมมากกว่าหนึ่งชนิด ผลรวมของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดจะเท่ากับประจุที่แท้จริงของไอออนนั้น เช่น SO 4 2- ไอออน เท่ากับ – 2 เลขออกซิเดชันของ NH 4 + ไอออนเท่ากับ + 1 เป็นต้น

6. ในสารประกอบใดๆ ผลบวกของเลขออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดเท่ากับศูนย์ เช่น H 2O H มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ + 1 แต่มี H 2 อะตอม จึงมีเลขออกซิเดชันทั้งหมด เท่ากับ + 2 O มีเลขออกซิเดชันเท่ากับ – 2 เมื่อรวมกันจะเท่ากับศูนย์เป็นต้น