ศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐาน

Posted: March 5, 2012 in Uncategorized

ศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐาน

จากเซลล์ไฟฟ้า Zn-Cu เมื่อใช้ความเข้มข้นของไอออนของสารละลายในแต่ละครึ่งเซลล์เท่ากับ 1.0 M ที่ 25 ๐C เซลล์ไฟฟ้านี้จะมี emf เท่ากับ 1.10 V ถ้าทราบศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดใดอิเล็กโทรดหนึ่งแล้วนำไปลบออกจาก 1.10 V ก็จะทราบค่าของอิเล็กโทรดหนึ่ง แต่ในทางปฏิบัติไม่สามารถวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดเดี่ยว ๆ ได้ จึงได้มีการกำหนดอิเล็กโทรดมาตรฐานขึ้นมา ซึ่งได้แก่ ไฮโดรเจนอิเล็กโทรดมาตรฐาน (Standard Hydrogen Electrode: SHE) ในครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐานนี้ประกอบด้วย ขั้วแพลตินัม (อิเล็กโทรดเฉื่อย) สารละลายกรดไฮโดรคลอริก และแก๊สไฮโดรเจนภายใต้สภาวะมาตรฐาน (ความดันของแก๊สไฮโดรเจนเท่ากับ 1 atm ความเข้มข้นของสารละลายกรดไฮโดรคลอริกเท่ากับ 1 M และวัดที่อุณหภูมิ 25 ๐C) โดยผ่านแก๊สไฮโดรเจนในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกตลอดเวลา จึงมีสมดุลเกิดขึ้นดังสมการ

               2H+(aq) + 2e  H2(g)

ค่าศักย์มาตรฐานของครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐานเท่ากับ 0.00 V ใช้สัญลักษณ์ E แทนศักย์ไฟฟ้าที่สภาวะมาตรฐาน

หมายเหตุ : ครึ่งเซลล์เป็นเหมือนอิเล็กโทรดหรือขั้ว

          สามารถใช้ครึ่งเซลล์ไฮโดรเจนมาตรฐานนี้ในการหาศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดอื่น เช่น เมื่อต่อเซลล์กัลวานิก ระหว่างครึ่งเซลล์ SHE และครึ่งเซลล์ Cu ดังรูป

จากโวลต์มิเตอร์ได้ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์เท่ากับ 0.34 V โดยมีปฏิกิริยาเกิดขึ้นดังนี้

               ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด (SHE)              H2(g)  2H+(aq) + 2e

               ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (Cu)                       Cu2+(aq) + 2e  Cu(s)

               จาก                           Ecell        = Ecathode – Eanode

               ดังนั้น                        Ecell          = ECu – ESHE

                                                0.34 V       = ECu – 0.00 V

                                                ECu          = 0.34 V – 0.00 V      = 0.34 V

เมื่อต่อเซลล์กัลวานิกระหว่างครึ่งเซลล์ SHE และครึ่งเซลล์ Zn จะได้เป็น

อ่านค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ได้เท่ากับ 0.76 V โดยมีปฏิกิริยาเกิดขึ้น ดังสมการ

               ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด (Zn)                Zn(s)  Zn2+(aq) + 2e

               ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (SHE)                  2H+(aq) + 2e  H2(g)

               จาก                          Ecell         =    Ecathode – Eanode

               ดังนั้น                       Ecell           =    ESHE – EZn

                                              0.76 V         =   0.00 V – EZn

                                              EZn             =   0.00 V – 0.76 V      = -0.76 V

          ค่า E ที่ได้เป็นค่าศักย์รีดักชันของแต่ละครึ่งเซลล์ นั่นคือ

               Cu2+(aq) + 2e  Cu(s) E = +0.34 V

               Zn2+(aq) + 2e  Zn(s) E = -0.76 V

***ค่า E เป็นค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของปฏิกิริยารีดักชัน

***ค่า E เป็นบวกมาก แสดงว่าตัวออกซิไดซ์ (ด้านซ้ายของสมการ) จะเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรง ส่วนตัวรีดิวซ์ (ด้านขวาของสมการ) จะเป็นตัวรีดิวซ์ที่อ่อน ดังนั้นสารที่อยู่ทางซ้ายของครึ่งปฏิกิริยาใด ๆ จะทำปฏิกิริยาได้เองกับสารที่อยู่ทางขวาของครึ่งปฏิกิริยาที่อยู่ถัดลงมา เช่น

          Br2(l) + 2Ag(s)  2Br(aq) + 2Ag+aq)

***การเปลี่ยนสัมประสิทธิ์ของปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ไม่มีผลต่อค่า E

***เมื่อกลับทิศทางของปฏิกิริยาเป็นปฏิกิริยาออกซิเดชัน ค่า E จะมีเครื่องหมายตรงข้าม

***ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นได้เอง จะต้องมีค่า E ของเซลล์เป็นบวกเสมอ

          ตัวอย่าง 1            2Ag+(aq) + Mg(s) 2Ag(s) + Mg2+(aq)

                                     จาก Ecell   = Ecathode – Eanode

                                                        = +0.80 V – (-2.37 V)       = +3.17 V

          ดังนั้น ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้เอง

          ตัวอย่าง 2            Fe2+(aq) + Ni(s)  Fe(s) + Ni2+(aq)

                                     จาก Ecell  = Ecathode – Eanode

                                                       = -0.44 V – (-0.25 V)         = -0.19 V

          ดังนั้น ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นเองไม่ได้ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้เองคือ

                                     Fe(s) + Ni2+(aq)  Fe2+(aq) + Ni(s)

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s