ข่าว O-NET/GAT/PAT
ข่าวการศึกษา
คะแนน แอดมิชชั่น
สูงสุด-ต่ำสุด
คณิตศาสตร์
วิทยาศาสตร์
ฟิสิกส์ - เคมี - ชีวะ
ฟิสิกส์
เคมี
บทเรียนเคมี
ตารางธาตุ
ศัพท์เคมี
แบบฝึกหัดเคมี
ชีววิทยา
ภาษาอังกฤษ
ภาษาไทย
ดาราศาสตร์
ประวัติศาสตร์
มุมคนเก่ง
คลังข้อสอบเก่า
คลังความรู้หลักสูตรเก่า
I.Q. Tests
 

 
หน้าแรก | มุมนักเรียน | หน้าแรกฟิสิกส์-เคมี-ชีวะ | หน้าแรกเคมี | บทเรียนเคมี

บทเรียนเคมี
   

ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี 1 : ปฏิกิริยาเคมีกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน
 
ระดับชั้น : มัธยม 6

ปฏิกิริยาเคมีกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอน การดุลสมการรีดอกซ์ เซลล์ไฟฟ้าเคมี (1) เซลล์ไฟฟ้าเคมี (2) เซลล์ไฟฟ้าเคมี (3)
จากการศึกษาเรื่องสารละลายอิเล็กโทรไลต์ทำให้ทราบว่าสารละลายอิเล็กโทรไลต์นำไฟฟ้าได้ เนื่องจากการเคลื่อนที่ของไอออนในสารละลาย ดังนั้น เราจะได้ศึกษาถึงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับไอออนในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ในแง่ของการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่สำคัญอีกชนิดหนึ่งคือ ปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี เช่น ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในถ่านไฟฉายและในแบตเตอรี่ ถ้าต่อขั้วไฟฟ้าทั้งสองของถ่านไฟฉายหรือแบตเตอรี่เข้ากับหลอดไฟให้ครบวงจร หลอดไฟจะสว่าง แสดงว่ามีกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร นั่นก็คือมีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน ที่เป็นเช่นนั้นเพราะสารเคมีในถ่านไฟฉายหรือแบตเตอรี่ทำปฏิกิริยากัน เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแล้วให้พลังงานออกมาในรูปของพลังงานไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมีทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าได้อย่างไร และในทางกลับกัน กระแสไฟฟ้าจะทำให้เกิดปฏิกิริยาเคมีหรือไม่ อย่างไร มีการเปลี่ยนแปลงใดเกิดขึ้นกับระบบ และการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเกิดขึ้นได้อย่างไร จะได้ศึกษารายละเอียดต่อไปนี้


ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายบางชนิด

ในตอนแรกเราจะศึกษาว่า เมื่อจุ่มแท่งโลหะลงในสารละลายของโลหะไอออนต่างๆ กัน จะมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นหรือไม่ อย่างไร ให้ศึกษาจากการทดลองต่อไปนี้

การทดลองที่ 1 ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับสารละลายของโลหะไอออน

  1. รินสารละลาย CuSO4 เข้มข้น 1.0 mol/dm3 ลงในหลอดทดลองขนาดกลาง 2 หลอด หลอดละ 5 cm3

  2. จุ่มชิ้นสังกะสีขนาด 0.5 cm x 7.0 cm ลงในหลอดที่ 1 และชิ้นทองแดงขนาดเดียวกันลงในหลอดที่ 2 ทิ้งไว้สักครู่ สังเกตการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับโลหะทั้งสองและสารละลาย ถ้ามีสารมาเกาะบนชิ้นโลหะให้เคาะออก แล้วสังเกตว่าชิ้นโลหะมีการเปลี่ยนแปลงหรือไม่ อย่างไร

  3. ทำการทดลองซ้ำข้อ 1 และ 2 แต่เปลี่ยนสารละลายจาก CuSO4 เป็น ZnSO4 เข้มข้น 1.0 mol/dm3

  4. สังเกตการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นกับชิ้นโลหะ และสารละลายของแต่ละการทดลอง พร้อมทั้งบันทึกผลการทดลอง

จากการทดลอง เมื่อจุ่มชิ้นสังกะสีลงไปในสารละลายสีฟ้าของคอปเปอร์ (II) ซัลเฟต ซึ่งมี Cu2+ ละลายอยู่จะมีสารสีน้ำตาลแดงมาเกาะรอบๆ ชิ้นสังกะสี ถ้าเราแช่ชิ้นสังกะสีไว้ในสารละลายนี้นานขึ้น สารละลายจะมีสีจางลง และถ้านำชิ้นสังกะสีมาเคาะเอาสารที่เกาะอยู่รอบนอกออกจะพบว่าสังกะสีกร่อนไป เราสามารถอธิบายปรากฏการณ์เหล่านี้ได้อย่างไร

การที่สารละลายในหลอดมีสีจางลง แสดงว่าปริมาณของ Cu2+ ลดลง ส่วนสารสีน้ำตาลแดงที่มาเกาะสังกะสีคือ ทองแดง แสดงว่า Cu2+ รับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นอะตอมของทองแดงซึ่งเป็นกลางทางไฟฟ้า เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้ดังนี้



การที่สังกะสีส่วนที่จุ่มอยู่ในสารละลายกร่อนไปนั้น แสดงว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นนั่นเอง อธิบายได้ว่าสังกะสีเสียอิเล็กตรอนกลายเป็น Zn2+ ดังสมการ



แสดงว่าในสารละลายจะมี Zn2+ เกิดขึ้น

ถึงแม้ว่าเราจะมองไม่เห็นการรับและเสียอิเล็กตรอนในปฏิกิริยา แต่เราสามารถวิเคราะห์ได้ว่ามีปฏิกิริยาเกิดขึ้นในหลอดทดลองที่มีชิ้นสังกะสีจุ่มอยู่ในสารละลาย Cu2+ และเขียนสมการรวมแสดงปฏิกิริยารับและเสียอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นทั้งหมดได้ดังนี้



จากปฏิกิริยาแสดงว่า Zn และ Cu2+ เกิดการถ่ายโอนอิเล็กตรอน

เมื่อใส่ชิ้นโลหะในสารละลายที่มีไอออนของโลหะนั้นๆ ดังการทดลองที่ผ่านมา คือโลหะทองแดงในสารละลาย Cu2+ และโลหะสังกะสีในสารละลาย Zn2+ ไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น ได้มีผู้ทำการทดลองใส่ชิ้นโลหะทองแดงลงในสารละลายที่มี Ag+ พบว่ามีปฏิกิริยาเกิดขึ้นโดยสารละลายเปลี่ยนจากไม่มีสีเป็นสีฟ้า และมีโลหะเงินเกาะที่ชิ้นทองแดง การที่สารละลายเปลี่ยนเป็นสีฟ้า แสดงว่าทองแดงเสียอิเล็กตรอนกลายเป็น Cu2+ ซึ่งมีสีฟ้าในสารละลาย เขียนสมการแสดงปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นได้ดังนี้



และการที่มีโลหะเงินเกิดขึ้น แสดงว่า Ag+ รับอิเล็กตรอนแล้วกลายเป็นอะตอมของเงิน ดังสมการ



เขียนปฏิกิริยารวม แสดงปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนได้ดังนี้



แต่ถ้าใส่ชิ้นโลหะเงินในสารละลายที่มี Cu2+ พบว่าไม่มีปฏิกิริยาเกิดขึ้น แสดงว่า Cu2+ ไม่สามารถรับอิเล็กตรอนจาก Ag ได้ หรือ Ag+ รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า Cu2+ หรือพูดอีกนัยหนึ่งว่าโลหะเงินเสียอิเล็กตรอนยากกว่าโลหะทองแดง

เราจะเห็นได้ว่า ในระบบที่มีโลหะทองแดงอยู่ในสารละลายของ Ag+ ทองแดงเป็นฝ่ายเสียอิเล็กตรอน แต่ถ้าในระบบที่มีสังกะสีจุ่มอยู่ในสารละลายของ Cu2+ ปรากฏว่า Cu2+ เป็นฝ่ายรับอิเล็กตรอน จากปรากฏการณ์ทั้งหมดนี้ แสดงว่าโลหะแต่ละชนิดมีความสามารถในการเสียและรับอิเล็กตรอนแตกต่างกัน ซึ่งถ้าเรานำข้อมูลข้างต้นมาจัดเรียงลำดับความสามารถในการเสียและการรับอิเล็กตรอนของโลหะ และโลหะไอออนจะได้ดังตารางต่อไปนี้

ตาราง ลำดับความสามารถในการเสียและรับอิเล็กตรอนของโลหะและโลหะไอออน



ปฏิกิริยารีดอกซ์

ปฏิกิริยาเคมีจำนวนมากเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารหนึ่งไปสู่อีกสารหนึ่ง เช่น ปฏิกิริยาระหว่างโลหะสังกะสีกับ Cu2+ ซึ่งเกิดปฏิกิริยา ดังสมการ



และขั้นตอนในการเสียและรับอิเล็กตรอนของโลหะสังกะสีกับ Cu2+ ในสารละลายเป็นดังนี้



ปฏิกิริยา (1) และ (2) จะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ โดยปฏิกิริยา (1) เป็นการเสียอิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน และเรียกสารที่เสียอิเล็กตรอนให้กับสารอื่นระหว่างเกิดปฏิกิริยาว่า ตัวรีดิวซ์ ส่วนปฏิกิริยา (2) เป็นการรับอิเล็กตรอน เรียกว่า ปฏิกิริยารีดักชัน และเรียกสารที่รับอิเล็กตรอนจากสารอื่นระหว่างเกิดปฏิกิริยาว่า ตัวออกซิไดส์

ในตัวอย่างดังกล่าว Zn เสียอิเล็กตรอนจึงเป็นตัวรีดิวซ์ และ Cu2+ รับอิเล็กตรอนจึงเป็นตัวออกซิไดส์ หรืออาจกล่าวได้ว่า Cu2+ ถูกรีดิวซ์ ส่วน Zn ถูกออกซิไดส์

ปฏิกิริยาออกซิเดชันและปฏิกิริยารีดักชันนี้เรียกว่า ครึ่งปฏิกิริยา เมื่อนำครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน และครึ่งปฏิกิริยารีดักชันมารวมกันแบบพีชคณิต จะได้ปฏิกิริยารวมเรียกว่า ปฏิกิริยาออกซิเดชัน - รีดักชัน หรือเรียกสั้นๆ ว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์ ดังสมการ



การเขียนปฏิกิริยารวมจะไม่ปรากฏจำนวนอิเล็กตรอนทั้งสองข้างของสมการ เพราะการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่เกิดขึ้นนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่เสียไปในปฏิกิริยาออกซิเดชันเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับในปฏิกิริยารีดักชัน

ประโยชน์ของปฏิกิริยารีดอกซ์

เราได้ศึกษามาแล้วว่า ปฏิกิริยารีดอกซ์เกิดขึ้นเมื่อมีการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างสารเคมีในปฏิกิริยา ต่อไปจะพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงของสารเมื่อเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์นั้น นำมาใช้ประโยชน์ในชีวิตประจำวันด้านต่างๆ อย่างไร โดยจะยกตัวอย่างเกี่ยวกับการลบรอยเปื้อนของสนิมเหล็ก และการทำพิมพ์เขียว

การลบรอยเปื้อนของสนิมเหล็ก

เหล็ก (Fe) เมื่ออยู่ในน้ำหรือได้รับความชื้นจะเสียอิเล็กตรอนกลายเป็นไอออน เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน ดังสมการ



ในขณะเดียวกันออกซิเจนในอากาศและน้ำจะรับอิเล็กตรอนเกิดปฏิกิริยารีดักชัน ดังสมการ



ปฏิกิริยารวมคือ



ซึ่งสามารถทำปฏิกิริยากับก๊าซออกซิเจนต่อไปได้อีกดังสมการ



สารประกอบไอร์ออน (III) ออกไซด์นี้ก็คือสนิมเหล็กมีสีน้ำตาลแดง

จะเห็นว่าสารประกอบไอร์ออน (II) ไฮดรอกไซด์ที่เกิดขึ้นนั้น เป็นต้นเหตุที่ทำให้เกิดสนิมเหล็ก ซึ่งเป็นรอยเปื้อนที่ลบออกได้ยาก ฉะนั้น ถ้าเราต้องการขจัดรอยเปื้อนดังกล่าวควรล้างรอยเปื้อนด้วยสารละลายกรดออกซาลิก ซึ่งเป็นกรดอินทรีย์ (pH 4-5) เมื่อละลายน้ำจะแตกตัวให้ H+ และ C2O42- (ออกซาเลตไอออน) ปฏิกิริยารีดักชันในสารละลายกรดอ่อนเป็นดังนี้



การทำพิมพ์เขียว

พิมพ์เขียวหรือกระดาษพิมพ์เขียว เป็นกระดาษที่ใช้ในงานเขียนแบบแปลนก่อสร้างและการอัดสำเนา มีพื้นเป็นสีน้ำเงิน กระดาษพิมพ์เขียวทำได้โดนนำกระดาษมาฉาบด้วยสารละลายผสมระหว่างโพแทสเซียมเฮกซะไซยาโนเฟอเรต (III) และแอมโมเนียมไอร์ออน (II) ซิเตรต เมื่อถูกแสงซิเตรตไอออนจะรีดิวซ์ไอร์ออน (III) เป็นไอร์ออน (II) เกิดเป็นสารสีน้ำเงินขึ้นบนกระดาษ ส่วนที่ไม่ถูกแสงกระดาษก็ยังคงเป็นสีขาวตามเดิม จากนั้นนำกระดาษไปล้างด้วยน้ำสะอาดแล้วทำให้แห้ง ก็จะได้กระดาษพิมพ์เขียวตามต้องการ


ที่มาข้อมูล : หนังสือเรียนวิชาเคมี เล่ม 6 ว035 หลักสูตรมัธยมศึกษาตอนปลาย พุทธศักราช 2524 (ฉบับปรับปรุง พ.ศ.2533) กระทรวงศึกษาธิการ.
จำนวนคนอ่าน 29648 คน
   
 

© 2000 - 2014 www.myfirstbrain.com All Rights Reserved