เซลล์เคมีไฟฟ้า

เซลล์เคมีไฟฟ้าแบ่งออกเป็น 2 ประเภท

1. เซลล์กัลวานิก (Galvanic  cell)  คือ เซลล์ไฟฟ้าเคมีที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็น พลังงานไฟฟ้า เกิดจากสารเคมีทำปฏิกิริยากันในเซลล์ แล้วเกิดกระแสไฟฟ้า 

เช่น  ถ่านไฟฉาย  เซลล์อัลคาไลน์  เซลล์ปรอท  เซลล์เงิน  แบตเตอรี่ 

2. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ (electrolytic cell) เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่เปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี ซึ่งต้องผ่านกระแสไฟฟ้าภายนอกเข้าไปในเซลล์แล้วจึงเกิดปฏิกิริยาเคมี

เช่น เซลล์แยกน้ำด้วยไฟฟ้าหรือการชุบโลหะด้วยไฟฟ้า เป็นต้น

เซลล์กัลวานิก

โดยทั่วไป ประกอบด้วยครึ่งเซลล์ 2 ครึ่งเซลล์มาต่อเข้าด้วยกัน จะมีแท่งโลหะซึ่งเป็นขั้วไฟฟ้าจุ่มอยู่ในสารละลายที่มีไอออนของโลหะนั้น ปลายทั้ง 2 ของขั้วไฟฟ้าจะต่ออยู่กับมิเตอร์สำหรับวัดความต่างศักย์ และครึ่งเซลล์ทั้ง 2 จะเชื่อมต่อให้ครบวงจรด้วยสะพานไอออน หรือสะพานเกลือ

ดังรูป

รูปแสดงลักษณะของเซลล์กัลวานิกทั่วไป

ส่วนประกอบของเซลล์กัลวานิก

1. ขั้วไฟฟ้า ซึ่งมี  2  ชนิด คือ

• ขั้วว่องไว (Active  electrode)  ได้แก่  ขั้วโลหะทั่วไป  เช่น  Zn  ,  Cu  ,  Pb           
• ขั้วเฉื่อย  (Inert  electrode)  คือ  ขั้วที่ไม่มีส่วนร่วมใด ๆ ในการเกิดปฏิกิริยาเคมี เช่น  Pt  , C  (แกร์ไฟต์)

ในเซลล์ไฟฟ้าหนึ่ง ๆ จะต้องประกอบไปด้วยขั้วไฟฟ้า 2  ขั้วเสมอ คือ ขั้วแอโนด (Anode) คือ ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน และ ขั้วแคโทด (Cathode) คือ ขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน

2. อิเล็กโทรไลต์ (Electrolyte) คือ  สารที่สถานะเป็นของเหลว  นำไฟฟ้าได้ เพราะมีไอออนบวกและลบเคลื่อนที่ไปมา 

อิเล็กโทรไลต์มี  2  ชนิด คือ

• สารประกอบไอออนิกหลอมเหลว เช่น  NaCl (s)  → Na⁺ (l)  +  Cl^- (l) 
• สารละลายอิเล็กโทรไลต์  เช่น  สารละลายกรด  เบส  และเกลือ

3. สะพานเกลือ คือ ตัวเชื่อมต่อวงจรไฟฟ้าภายในของแต่ละครึ่งเซลล์เข้าด้วยกันให้ครบวงจรถ้าไม่มีสะพานไอออนจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร เนื่องจาก ไม่ครบวงจร ซึ่งสะพานไอออนทำหน้าที่รักษาสมดุลระหว่างไอออนในครึ่งเซลล์ทั้งสอง ในขณะเกิดปฏิกิริยาไอออนในสะพานไอออนจะถูกใช้ไป กล่าวคือ ด้านใดขาดไอออนบวก ไอออนบวกจากสะพานไอออนจะเคลื่อนที่ไปชดเชย ด้านใดขาดไอออนลบ ไอออนลบจากสะพานไอออนจะเคลื่อนที่ไปชดเชย
4. โวลต์มิเตอร์ เป็นเครื่องมือวัดค่าศักย์ไฟฟ้า

ตัวอย่างเซลล์กัลวานิก

การเขียนแผนภาพของเซลล์กัลวานิก

การเขียนแผนภาพของเซลล์กัลวานิก คือ กลุ่มสัญลักษณ์ที่แสดงเซลล์กัลวานิกหนึ่ง ๆ ซึ่งบอกให้ทราบถึงชนิดของครึ่งเซลล์ องค์ประกอบของแต่ละครึ่งเซลล์ และขั้วไฟฟ้าของเซลล์

โดยมีหลักการในการเขียนดังนี้

เป็นการเขียนสัญลักษณ์แสดงส่วนประกอบของเซลล์ ซึ่งมีหลักการดังนี้

1. เขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน (ขั้วแอโนด) ไว้ทางซ้าย คั่นด้วยสะพานเกลือ (II) แล้ว เขียนครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน (ขั้วแคโทด) ไว้ทางขวา
2. ในแต่ละครึ่งเซลล์ ให้เขียนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันไว้ทางซ้ายสุด ส่วนขั้วไฟฟ้าของครึ่งเซลล์ที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันให้เขียนไว้ทางขวาสุด และใช้เส้นเดี่ยว (I) คั่นระหว่างสารที่มีสถานะต่างกันถ้าสารอยู่ในสถานะเดียวกันให้คั่นด้วยเครื่องหมายจุลภาค (,) รวมทั้งระบุสถานะของสารโดยใช้ (s คือของแข็ง) (l คือของเหลว) (g คือแก๊ส) (aq คือ สารละลาย)
   เช่น

Fe(s)|Fe²⁺(aq) หรือ Pt(s)|Fe³⁺ (aq), Fe²⁺(aq)

3. สำหรับครึ่งเซลล์บางชนิด เช่น ครึ่งเซลล์ที่มีแก๊สมาเกี่ยวข้อง จะใช้ขั้วไฟฟ้าเฉื่อยซึ่งทำจาก วัสดุนำไฟฟ้าที่ไม่ทำปฏิกิริยากับแก๊ส และอิเล็กโทรไลต์ เช่น ขั้วแพลทินัม ขั้วคาร์บอน ซึ่งให้ อิเล็กตรอนเคลื่อนที่ผ่านได้ ส่วนสารในครึ่งเซลล์ที่มีสถานะเป็นแก๊สต้องระบุความดันของแก๊ส ไว้ในวงเล็บ และใช้เครื่องหมายจุลภาคคั่นระหว่างสถานะกับความดัน
   เช่น

Pt(s)|H₂(g, 1 atm)|H⁺(aq)

4. การระบุความเข้มข้นของไอออนในสารละลายให้เขียนไว้ในวงเล็บ
   เช่น

Mg(s)|Mg²⁺(aq, 1 mol/dm³)||Fe³⁺(aq, 1 mol/dm³) , Fe²⁺ (aq, 1 mol/dm³)|Pt(s)

Zn(s)|Zn²⁺ (aq, 1 mol/dm³)||H⁺,(aq, 1 mol/dm³)|H²(g, 1 atm)|Pt(s)