เซลล์ไฟฟ้าเคมี: ส่วนประกอบวิธีการทำงานประเภทตัวอย่าง - เคมี

เซลล์ไฟฟ้าเป็นอุปกรณ์ที่ผ่านการเกิดปฏิกิริยาทางเคมีที่พลังงานเคมีจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือในทางกลับกัน เซลล์เหล่านี้ประกอบขึ้นเป็นหัวใจของเคมีไฟฟ้าจิตวิญญาณคือการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนที่มีศักยภาพซึ่งอาจเกิดขึ้นเองหรือไม่ระหว่างสารเคมีสองชนิด

หนึ่งในสองสปีชีส์ออกซิไดซ์สูญเสียอิเล็กตรอนในขณะที่อีกชนิดหนึ่งลดลงได้รับอิเล็กตรอนที่ถ่ายโอน โดยทั่วไปสปีชีส์ที่ลดลงคือไอออนบวกโลหะในสารละลายซึ่งการได้รับอิเล็กตรอนจะถูกทับถมด้วยไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดที่ทำจากโลหะชนิดเดียวกัน ในทางกลับกันสายพันธุ์ที่ออกซิไดซ์เป็นโลหะเปลี่ยนเป็นไอออนบวกโลหะ

แผนภาพสำหรับเซลล์ไฟฟ้าเคมีจาก Daniel ที่มา: Rehua

ตัวอย่างเช่นภาพด้านบนแสดงถึงเซลล์ของ Daniel ซึ่งเป็นเซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ง่ายที่สุด อิเล็กโทรดสังกะสีโลหะออกซิไดซ์ปล่อยไอออนบวก Zn ²⁺ลงในตัวกลางที่เป็นน้ำ สิ่งนี้เกิดขึ้นในคอนเทนเนอร์ ZnSO ₄ทางด้านซ้าย

ทางด้านขวาสารละลายที่มี CuSO ₄จะถูกลดลงเปลี่ยนไอออนบวก Cu ²⁺ให้เป็นโลหะทองแดงที่วางอยู่บนอิเล็กโทรดทองแดง ในระหว่างการพัฒนาของปฏิกิริยานี้อิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่ผ่านวงจรภายนอกเพื่อกระตุ้นกลไกของมัน ดังนั้นการจัดหาพลังงานไฟฟ้าสำหรับการทำงานของทีม

ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

ขั้วไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าถูกสร้างหรือใช้ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี เพื่อให้แน่ใจว่ามีการไหลของอิเล็กตรอนอย่างเพียงพอต้องมีวัสดุที่เป็นตัวนำไฟฟ้าที่ดี นี่คือที่ที่อิเล็กโทรดและวงจรภายนอกเข้ามาพร้อมกับสายไฟทองแดงเงินหรือทอง

อิเล็กโทรดเป็นวัสดุที่ให้พื้นผิวที่ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นในเซลล์ไฟฟ้าเคมี มีสองประเภทขึ้นอยู่กับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในพวกเขา:

- ขั้วบวกอิเล็กโทรดที่เกิดออกซิเดชัน

- แคโทดอิเล็กโทรดที่เกิดการลดลง

อิเล็กโทรดสามารถทำจากวัสดุที่ทำปฏิกิริยาเช่นเดียวกับในกรณีของเซลล์ของดาเนียล (สังกะสีและทองแดง) หรือของวัสดุเฉื่อยซึ่งเกิดขึ้นเมื่อทำจากทองคำขาวหรือกราไฟต์

อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาจากขั้วบวกจะต้องไปถึงแคโทด แต่ไม่ผ่านสารละลาย แต่ใช้สายโลหะที่เชื่อมต่ออิเล็กโทรดทั้งสองเข้ากับวงจรภายนอก

การละลายของอิเล็กโทรไลต์

สารละลายที่ล้อมรอบขั้วไฟฟ้ายังมีบทบาทสำคัญเนื่องจากอุดมไปด้วยอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่ง เช่น: KCl, KNO ₃ , NaCl เป็นต้น ไอออนเหล่านี้ช่วยในระดับหนึ่งในการเคลื่อนย้ายอิเล็กตรอนจากขั้วบวกไปยังขั้วลบรวมทั้งการนำของพวกมันผ่านบริเวณใกล้เคียงของขั้วไฟฟ้าเพื่อโต้ตอบกับสิ่งมีชีวิตที่จะลดลง

ตัวอย่างเช่นน้ำทะเลนำไฟฟ้าได้ดีกว่าน้ำกลั่นมากโดยมีความเข้มข้นของไอออนต่ำกว่า นั่นคือเหตุผลที่เซลล์ไฟฟ้าเคมีมีการละลายของอิเล็กโทรไลต์ที่แข็งแกร่งระหว่างส่วนประกอบต่างๆ

สะพานน้ำเกลือ

ไอออนของสารละลายจะเริ่มล้อมรอบขั้วไฟฟ้าทำให้เกิดโพลาไรเซชันของประจุ สารละลายรอบแคโทดเริ่มมีประจุลบเนื่องจากไอออนบวกกำลังลดลง ในกรณีของเซลล์ Daniel นั้นไอออนบวก Cu ²⁺เมื่อสะสมเป็นทองแดงโลหะบนแคโทด ดังนั้นจึงเริ่มมีการขาดดุลของประจุบวก

นี่คือจุดที่สะพานเกลือแทรกแซงเพื่อปรับสมดุลของประจุไฟฟ้าและป้องกันไม่ให้อิเล็กโทรดโพลาไรซ์ ไปทางด้านข้างหรือช่องของแคโทดไอออนบวกของสะพานเกลือจะโยกย้ายไม่ว่าจะเป็น K ⁺หรือ Zn ²⁺เพื่อแทนที่ Cu ^{2+ ที่}บริโภค ในขณะเดียวกัน NO ₃^-แอนไอออนจะโยกย้ายจากสะพานเกลือต่อช่องขั้วบวกเพื่อต่อต้านความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นของ Zn ²⁺ไพเพอร์

สะพานเกลือประกอบด้วยสารละลายอิ่มตัวของเกลือโดยที่ปลายของมันถูกปกคลุมด้วยเจลที่สามารถซึมผ่านของไอออนได้ แต่ไม่สามารถซึมผ่านของน้ำได้

ประเภทของเซลล์ไฟฟ้าเคมีและวิธีการทำงาน

เซลล์ไฟฟ้าเคมีทำงานอย่างไรขึ้นอยู่กับชนิดของเซลล์ โดยทั่วไปมีสองประเภท: กัลวานิก (หรือโวลตาอิก) และอิเล็กโทรไลต์

เกี่ยวกับไฟฟ้า

เซลล์ของแดเนียลเป็นตัวอย่างของเซลล์ไฟฟ้าเคมีกัลวานิก ปฏิกิริยาเหล่านี้เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติและศักยภาพของแบตเตอรี่เป็นบวก ยิ่งมีศักยภาพมากเท่าใดเซลล์ก็จะจ่ายไฟฟ้าได้มากขึ้นเท่านั้น

เซลล์หรือแบตเตอรี่เป็นเซลล์กัลวานิกที่แม่นยำ: ศักยภาพทางเคมีระหว่างขั้วไฟฟ้าทั้งสองจะถูกเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้าเมื่อวงจรภายนอกเข้ามาแทรกแซงซึ่งเชื่อมต่อกัน ดังนั้นอิเล็กตรอนจะย้ายจากขั้วบวกจุดชนวนอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อแบตเตอรี่และส่งกลับไปยังแคโทดโดยตรง

Electrolytic

เซลล์อิเล็กโทรไลต์คือเซลล์ที่ไม่เกิดปฏิกิริยาตามธรรมชาติเว้นแต่จะได้รับพลังงานไฟฟ้าจากแหล่งภายนอก ปรากฏการณ์ตรงกันข้ามเกิดขึ้นที่นี่: กระแสไฟฟ้าช่วยให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่เกิดขึ้นเอง

หนึ่งในปฏิกิริยาที่รู้จักกันดีและมีค่าที่สุดที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ประเภทนี้คืออิเล็กโทรลิซิส

แบตเตอรี่แบบชาร์จไฟได้เป็นตัวอย่างของอิเล็กโทรไลต์และเซลล์กัลวานิกในเวลาเดียวกันพวกเขาจะถูกชาร์จใหม่เพื่อย้อนปฏิกิริยาทางเคมีและสร้างเงื่อนไขเริ่มต้นสำหรับการใช้ซ้ำ

ตัวอย่าง

ห้องขังของแดเนียล

สมการทางเคมีต่อไปนี้สอดคล้องกับปฏิกิริยาในเซลล์ของ Daniel ที่สังกะสีและทองแดงเข้าร่วม:

Zn (s) + Cu ²⁺ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + Cu (s)

แต่ไพเพอร์ Cu ²⁺และ Zn ²⁺ไม่ได้คนเดียว แต่มาพร้อมกับแอนไอออน SO ₄ 2-เซลล์นี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

Zn - ZnSO ₄ - - CuSO ₄ - Cu

เซลล์ของแดเนียลสามารถสร้างขึ้นได้ในห้องปฏิบัติการใด ๆ ซึ่งจะเกิดขึ้นอีกเป็นอย่างมากในการใช้งานเคมีไฟฟ้า เนื่องจาก Cu ²⁺ถูกฝากเป็น Cu สีฟ้าของสารละลาย CuSO ₄จะค่อยๆจางลง

เซลล์ไฮโดรเจนแพลทินัม

ลองนึกภาพเซลล์ที่ใช้ก๊าซไฮโดรเจนผลิตโลหะเงินและในขณะเดียวกันก็จ่ายกระแสไฟฟ้า นี่คือเซลล์แพลตตินัมและไฮโดรเจนและปฏิกิริยาทั่วไปมีดังนี้:

2AgCl (s) + H ₂ (g) → 2Ag (s) + 2H ⁺ + 2Cl ^-

ในช่องขั้วบวกเรามีอิเล็กโทรดแพลตตินั่มเฉื่อยจมอยู่ในน้ำและสูบเข้าไปในก๊าซไฮโดรเจน H ₂ถูกออกซิไดซ์เป็น H ⁺และให้อิเล็กตรอนแก่ AgCl ที่เป็นน้ำนมในช่องแคโทดด้วยอิเล็กโทรดโลหะเงิน บนเงินนี้ AgCl จะลดลงและมวลของอิเล็กโทรดจะเพิ่มขึ้น

เซลล์นี้สามารถแสดงเป็น:

Pt, H ₂ - H ⁺ - - Cl ^- , AgCl - Ag

ดาวน์เซลล์

และในที่สุดในบรรดาเซลล์อิเล็กโทรไลต์เรามีโซเดียมคลอไรด์ผสมอยู่ซึ่งรู้จักกันดีในชื่อเซลล์ดาวน์ ที่นี่กระแสไฟฟ้าถูกใช้เพื่อเคลื่อนย้ายปริมาณของ NaCl ที่หลอมเหลวผ่านอิเล็กโทรดซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาต่อไปนี้:

2Na ⁺ (l) + 2e ^- → 2Na (s) (แคโทด)

2Cl ^- (l) → Cl ₂ (g) + 2e ^- (ขั้วบวก)

2NaCl (l) → 2Na (s) + Cl ₂ (g) (ปฏิกิริยาทั่วโลก)

ดังนั้นด้วยไฟฟ้าและโซเดียมคลอไรด์จึงสามารถเตรียมโซเดียมโลหะและก๊าซคลอรีนได้

อ้างอิง

Whitten, Davis, Peck & Stanley (2008) เคมี (ฉบับที่ 8) CENGAGE การเรียนรู้
วิกิพีเดีย (2020) เซลล์ไฟฟ้าเคมี. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (29 มกราคม 2563). เซลล์ไฟฟ้าเคมี. ดึงมาจาก: thoughtco.com
ร. เรือ. (เอสเอฟ) เซลล์ไฟฟ้าเคมี. สืบค้นจาก: hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Chemicool (2017) ความหมายของเซลล์ไฟฟ้าเคมี. ดึงมาจาก: chemicool.com
Patricia Jankowski (2020) เซลล์ไฟฟ้าเคมีคืออะไร? - โครงสร้างและการใช้งาน ศึกษา. ดึงมาจาก: study.com
การเล่นแร่แปรธาตุ (3 มีนาคม 2554). เซลล์ไฟฟ้าเคมี. เคมีและวิทยาศาสตร์. สืบค้นจาก: laquimicaylaciencia.blogspot.com

เซลล์ไฟฟ้าเคมี: ส่วนประกอบวิธีการทำงานประเภทตัวอย่าง - เคมี - 2025