เซลล์ไฟฟ้าเคมี

เซลล์ไฟฟ้าเคมี
เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Electrochemical view) คือ เครื่องมือหรืออุปกรณ์ทางเคมีที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือไฟฟ้าเป็นเคมี
เซลล์ไฟฟ้าเคมี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท
1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า เช่น ถ่านไฟฉาย เซลล์แอลคาไลน์ เซลล์ปรอท เซลล์เงิน แบตเตอรี่
2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี เกิดจากการผ่านกระแสไฟฟ้าเข้าไปในเซลล์ แล้วเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น เช่น เซลล์แยกน้ำด้วยไฟฟ้า การชุบโลหะด้วยไฟฟ้า
ส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี
1. ขั้วไฟฟ้า มี 2 ชนิด
1.1 ขั้วว่องไว (Active electrode) ได้แก่ ขั้วโลหะทั่วไป เช่น Zn Cu Pb ขั้วพวกนี้บางโอกาสจะมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาด้วย
1.2 ขั้วเฉื่อย (Inert electrode) คือ ขั้วที่ไม่มีส่วนร่วมใดๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น Pt C(แกรไฟต์)
ในเซลล์ไฟฟ้าปกติ จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้า 2 ขั้วเสมอ ดังนี้
1. ขั้วแอโนด (Anode) คือ ขั้วที่เกิดออกซิเดชัน
2. ขั้วแคโทด (Cathode) คือ ขั้วที่เกิดรีดักชัน
2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte)
อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) คือ สารที่มีสถานะเป็นของเหลว นำไฟฟ้าได้ เพราะมีไอออนเคลื่อนที่ไปมาอยู่ในสารละลาย
สารละลายอิเล็กโทรไลต์ มี 2 ชนิดคือ
1. สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลาย NaCl
2. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ
เซลล์กัลวานิก หรือเซลล์วอลตาอิก(Voltaic cell)
เซลล์กัลวานิก (Galvanic cell) คือ เซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า ประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2 ครึ่งเซลล์มาต่อกัน และเชื่อมให้ครบวงจรโดยใช้สะพานไอออนต่อระหว่างครึ่งเซลล์ไฟฟ้าทั้งสอง

สมบัติของสารที่ใช้ทำเป็นสะพานไอออน
1. เป็นสารประกอบไอออนิกที่สามารถแตกตัวละลายน้ำได้ดี มีปริมาณไอออนมาก
2. ไอออนต้องไม่ทำทำปฏิกิริยาเคมีใดๆ กับสารละลายของแต่ละครึ่งเซลล์
3. ไอออนบวกและไอออนลบที่แตกตัวออกมาต้องมีความสามารถในการเคลื่อนที่ใกล้เคียงกัน
4. สารที่ใช้ทำสะพานไอออน ได้แก่ KNO3, KCl, NH4Cl
5. ต้องเป็นสารละลายอิ่มตัว ประกอบด้วยไอออนมาก
ลักษณะสำคัญของเซลล์กัลวานิก
1. กระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นเป็นกระแสตรง คือ กระแสอิเล็กตรอน
2. อิเล็กตรอนจะไหลจากครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าต่ำไปยังครึ่งเซลล์ที่มีศักย์ไฟฟ้าสูง
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (Electrolytic cell)
เซลล์อิเล็กโทรไลต์ คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่ใช้พลังงานไฟฟ้าให้เปลี่ยนเป็นพลังงานเคมี หรือเกิดปฏิกิริยาเคมีขึ้น นั่นเอง
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นก็จะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์ ซึ่งเซลล์ประเภทนี้จะมีค่า E0 cell ติดลบ

เซลล์อิเล็กโทรไลต์ประกอบด้วยภาชนะที่บรรจุสารเคมีที่จะเกิดปฏิกิริยา และมีขั้วไฟฟ้าซึ่งต่ออยู่กับแหล่งไฟฟ้ากระแสตรง โดยทั่วไปมักเป็นขั้วเฉื่อยที่ไม่มีส่วนร่วมกับปฏิกิริยา ดังรูป

ส่วนประกอบของเซลล์อิเล็กโทรไลต์
1. ขั้วไฟฟ้า(Electrode) เป็นโลหะหรือแกรไฟต์ที่นำไฟฟ้าได้ดี โดยทั่วไปมักจะใช้ขั้วเฉื่อย เช่น ขั้ว Pt สามารถจำแนกขั้วไฟฟ้าได้ดังนี้
จำแนกตามการเกิดปฏิกิริยา
1.1 ขั้วแอโนด (Anode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน
1.2 ขั้วแคโทด (Cathode) เป็นขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน
จำแนกขั้วตามการต่อเข้ากับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.1 ขั้วบวก เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วบวกของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
1.2 ขั้วลบ เป็นขั้วที่ต่อเข้ากับขั้วลบของแบตเตอรี่หรือแหล่งกำเนิดไฟฟ้า
2. สารอิเล็กโทรไลต์ คือ สารที่มีสถานะของเหลวประกอบด้วยไอออนที่เคลื่อนที่ และนำไฟฟ้าได้
2.1 สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น สารละลายโซเดียมคลอไรด์ที่หลอมเหลว
2.2 สารละลายอิเล็กโทรไลต์ เช่น สารละลายกรด เบส เกลือ

แอลไคน์

สารประกอบแอลไคน์ (Alkyne)
ลักษณะโดยทั่วไปของสารประกอบแอลไคน์ สรุปได้ดังนี้
1. มีสูตรโมเลกุลโดยทั่วไป คือ เมื่อ n = จำนวนอะตอมธาตุคาร์บอน เช่น
2. ภายในโมเลกุลเป็น
พันธะโควาเลนต์ ชนิดพันธะสามสารตัวแรก คือ อะเซติลีน
3. เป็นสารประกอบไม่อิ่มตัวเนื่องจากมีพันธะสาม มีสูตรโครงสร้างทั้งโซ่ตรงและโซ่สาขา
4. จะมีไอโซเมอร์เมื่อมีคาร์บอน 4 อะตอมขึ้นไป เช่น มี2 ไอโซเมอร์
การเรียกชื่อแอลไคน์
ก. ระบบ Formriar name เรียกคล้ายกับ alkane แต่ลงท้ายเป็น yne เช่น
ข. ระบบ IUPAC มีหลักการคล้ายกับ alkane คือ
1. เลือกโซ่ที่ยาวที่สุดมีพันธะสาม และพันธะต้องเป็นตำแหน่งคาร์บอนตัวเลขน้อยที่สุด ลงท้าย yne
2. ในกรณีที่สูตรมีทั้งพันธะสองและพันธะสาม ถือว่าพันธะสองสำคัญกว่า นั่นคือ พันธะสองต้องมีตัวเลขน้อยที่สุด การอ่านชื่อให้ตัด e ของ ene ออกเป็น -en-yne
3. ในกรณีที่มีพันธะสามมากกว่า 1 พันธะให้บอกจะนวนพันธะเป็นภาษากรีก เช่น
สมบัติของสารประกอบแอลไคน์
ทางกายภาพ
1. มีทั้ง 3 สถานะ คือ ของแข็ง ของเหลว และก๊าซ แอลไคน์ที่มีอะตอมคาร์บอนน้อยกว่า 1-3 เป็นก๊าซ 4-6 เป็นของเหลว C - 5 อะตอมขึ้นไปเป็นของแข็ง
2. สารตัวแรก acetylene เป็นก๊าชที่มีกลิ่นเหม็น มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ ไม่ละลายน้ำ แต่ละลายในตัวทำละลายในอินทริยบางชนิดที่เป็นดมเลกุลไม่มีขั้ว เช่นอีเทอร์ เบนซีน คาร์บอนเตตระคลอไรด์
3. มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำและจะสูงขึ้นเมื่อมีมวลโมเลกุลเพิ่มขึ้น และมีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวสูงกว่า เอลคีนที่มีพันธะคาร์บอนเท่ากัน เพราะในโมเลกุลมีพันธะสามซึ่งมีพลังงานพันธะสูงกว่า
4. ในกรณีที่เป็นไอโซเมอร์ ไอโซเมอร์ที่เป็นโซ่ตรงจะมีจุดเดือดสูงกว่าโซ่สาขา
ทางเคมี
1. มีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยามากกว่าแอลเคนและแอลคีนเพราะเป็นสารประกอบไม่อิ่มตัว ( มีพันธะสามอย่างน้อย 1 พันธะ )
2.เกิดปฎิกิริยาการรวมตัวหรือรีเอเจนต์ต่าง ๆ ได้ดีกว่าแอลคีน ดังนี้
2.1 เกิดปฏิกิริยารวมตัวกับ (Addition of hydrogen) หรือ Hydrogenation โดยมี Ni หรือ Pd เป็นตัวเร่ง ได้สารประกอบแอลคีน หรือ แอลแคนดังสมการ
2.2 เกิดปฏิกิริยารวมตัวกับธาตุ Halogen ทั้งที่มืดและมีแสง ดังนั้นจึงฟอกจางสีของ ได้ใน เกิดปฏิกิริยาดังสมการ
2.3 เกิดปฏิกิริยารวมตัวกับ HXได้ตามกฏของ Markounikov
2.4 รวมตัวกับน้ำได้อัลดีไฮด์ หรือคีโตน เมื่อมีเป็นตัวเร่ง
3. ฟอกจางสีของ ได้ ดังสมการ
4. สามารถทำปฏิกิริยากับโลหะโซเดียมในแอมโมเนียเหลว ได้สารประกอบอะซีตาดีไฮด์
5. ทำปฏิกิริยากับโลหะหนักใน alcohol ในสภาพกรด
6. เกิด Oxidation หรือเกิดปฏิกิริยาสันดาป (Comleustion) ได้ ให้ความร้อนสูง มีเปลวไฟและเขม่า ซึ่งจะมากกว่า alkane และ alkane เนื่องจากมีอะตอมของ H น้อย

แอลคีน

แอลคีน (Alkene)
แอลคีน เรียกอีกชื่อหนึ่งว่า โอเลฟิน (Olefin) เป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนไม่อิ่มตัวโดยที่ในโมเลกุลมีพันธะระหว่างคาร์บอนกับคาร์บอนเป็นพันธะคู่อย่างน้อย 1 คู่ มีสูตรโมเลกุลทั่วไปเป็น CnH2n สารแอลคีนตัวแรกที่มีคาร์บอนอยู่ในโมเลกุลเล็กที่สุด จะมีคาร์บอนอย่างน้อย2 อะตอม ซึ่งเอทิลีน (C2H4) เป็นสารไฮโดรคาร์บอนที่ใช้มากในอุตสาหกรรมเพื่อสังเคราะห์สารพอลิเมอร์ และเคยใช้เป็นยาสลบในทางการแพทย์อีกด้วย เอทิลีนมีสูตรโครงสร้าง ดังนี้
การเรียกชื่อสารประกอบแอลคีน จะเป็นไปตามระบบ IUPAC ที่ควรทราบ คือ
1. คำลงท้ายของสารแอลคีน คือ อีน (-ene)
C2H4 = Ethene, C3H6 = Propene,
C4H8 = Butene, C5H10 = Pentene,
C6H12 = Hexene, C7H14 = Heptene,
C8H16 = Octene, C9H18 = Nontene,
C10H22 = Decene

2. ใช้โซ่ต่อเนื่องที่ยาวที่สุด ซึ่งมีพันธะคู่รวมอยู่ด้วยเป็นโซ่หลัก
3. ต้องระบุตำแหน่งของพันธะคู่โดยให้คาร์บอนตัวแรกของพันธะคู่มีเลขต่ำสุด เช่น
4 3 2 1
CH3-CH3-CH=CH2 1-Butene

4 3 2 1
CH3-CH3=CH-CH3 2-Butene
4. ถ้ามีพันธะคู่มากกว่า 1 พันธะ ต้องระบุตำแหน่งพันธะคู่ให้ชัดเจนแล้วใช้ di
(หมายถึง 2) tri (หมายถึง 3 ) แทนจำนวนพันธะคู่ โดย di, tri จะอยู่หน้าคำว่า “ene” แต่อยู่หลัง
คำระบุจำนวนคาร์บอน คือ but, pent, hex….
4 3 2 1
CH2=CH-CH=CH2 1,3-Butadiene (มีพันธะคู่ 2 ตำแหน่ง)

7 6 5 4 3 2 1
CH3-CH=CH- CH= CH= CH –CH2 1,3,5-Heptatriene (มีพันธะคู่ 3 ตำแหน่ง)
คุณสมบัติทางกายภาพและประโยชน์ของสารแอลคีน
แอลคีนมีคุณสมบัติค่อนข้างคล้ายกับสารแอลเคน กล่าวคือ
1. แอลคีนที่มีจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 2-4 อะตอม จะมีสถานะเป็นแก๊สจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 5-17 อะตอมจะเป็นของเหลว และถ้ามีจำนวนอะตอมของคาร์บอนตั้งแต่ 18 ขึ้นไป จะเป็นของแข็ง
2. แอลคีนเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัว จึงเป็นสารที่ไวต่อปฏิกิริยากว่าแอลแคน
3. ภายในโมเลกุลของแอลคีนมีพันธะคู่ตั้งแต่ 1 พันธะ ที่ปะปนอยู่กับพันธะเดี่ยว
4. แอลคีนไม่ละลายน้ำ จัดเป็นสารประกอบโคเวเลนต์แบบไม่มีขั้ว จะละลายได้ดีในตัวทำละลายอินทรีย์
5. ติดไฟง่าย แต่อาจมีเขม่า
6. มีกลิ่นเฉพาะตัว
7. มีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำ
8. มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำ แต่จุดเดือดจะสูงขึ้นเมื่อจำนวนคาร์บอนในโมเลกุลเพิ่ม
คุณสมบัติทางเคมีของสารแอลคีน
1. ปฏิกิริยาการรวมตัว (Addition) สารแอลคีนมีพันธะคู่ ภายในโมเลกุลจึงทำใหมีความว่องไวในการเกิดปฏิกิริยา และสารที่เข้าทำปฏิกิริยาจะรวมกับแอลคีนที่ตรงตำแหน่งของพันธะคู่ตัวอย่างเช่น แอลคีนทำปฏิกิริยากับกรดกำมะถัน

2. ปฏิกิริยาการเผาไหม้กับออกซิเจนในอากาศ (Oxidation Reaction) ได้แก๊สคาร์บอน-ไดออกไซด์กับน้ำ และให้ความร้อนออกมา ดังสมการ

3. แอลคีนทำปฏิกิริยากับสารละลายโบรมีน (Br2) ในคาร์บอนเดตระคลอไรด์ (CCl4) ได้ ทั้งในที่มืดและที่มีแสงสว่าง จะได้ผลผลิต ดังสมการ

แอลคีน (หรือแอลไคน์) ซึ่งเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่ไม่อิ่มตัวจะนิยมทดสอบด้วย Br2 ใน CCl4 ในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์ ถ้าสีของ Br2 ถูกฟอกจางในที่มืดได้แสดงว่าสารประกอบที่เรานำมาทดสอบนั้นมีพันธะคู่หรือพันธะสามอยู่
4. แอลคีนทำปฏิกิริยากับด่างทับทิม (KMnO4) ในสารละลายกรด นิยมเรียกว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน (Oxidation reaction) หลังจากทำปฏิกิริยาแล้ว KMnO4 จะถูกฟอกจางสีจึงอาจเรียกปฏิกิริยานี้อีกชื่อหนึ่งว่า ปฏิกิริยาฟอกจางสี

5. ปฏิกิริยาพอลิเมอร์ไรเซซัน เป็นปฏิกิริยารวมตัวชนิดหนึ่ง เกิดจากโมเลกุลเล็ก ๆ ของแอลคีน (หรือแอลไคน์) หรือเรียกอีกชื่อว่า มอนอเมอร์ (Monomer) มารวมกันเป็นโมเลกุลที่ยาวมีมวลโมเลกุลสูงขึ้นจนเรียกว่า พอลิเมอร์ (Polymer

เซลล์ไฟฟ้า