การใช้ประโยชน์จากค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์

การใช้ประโยชน์จากค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์

1. ใช้เปรียบเทียบความสามารถในการเป็นตัวออกซิไดส์หรือตัวรีดิวซ์ สารที่มีค่า E^O สูงจะเป็นตัวออกซิไดส์ (รับอิเล็กตรอน) ที่ดีกว่าสารที่มีค่า E^O ต่ำกว่า

Ag+(aq) + e– ® Ag(s) E^O = +0.80 V

Cu2+(aq) + 2e– ® Cu(s) E^O = +0.34 V

2H+(aq) + 2e– ® H2(g) E^O = +0.00 V

Pb2+(aq) + 2e– ® Pb(s) E^O = –0.13 V

Zn2+(aq) + 2e– ® Zn(s) E^O = –0.76 V

Ag+ , Cu2+ รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า H+ ส่วน Pb2+ , Zn2+ รับอิเล็กตรอนได้น้อยกว่า H+ โดยที่ Ag+ รับอิเล็กตรอนได้กว่า Cu2+ , H+ , Pb2+ และ Zn2+ ตามลำดับ สารที่มีค่า E^O น้อยหรือเป็นลบมากจะรับอิเล็กตรอนได้ไม่ดีหรือเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันได้ดีกว่า และเป็นตัวรีดิวซ์ที่ดี ดังนั้น Zn จึงเป็นตัวรีดิวซ์ที่แรงที่สุด

2. ใช้คำนวณหาค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ เมื่อนำครึ่งเซลล์ที่ทราบค่า E^O สองครึ่งเซลล์มาต่อกันเป็นเซลล์กัลวานิก โดยใช้ความสัมพันธ์

= –

E^O ที่ใช้ในการแทนค่าจะเป็น E^O ของปฏิกิริยารีดักชันเสมอ ไม่ว่าครึ่งปฏิกิริยานั้นจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันหรือรีดักชัน

· จะเป็นของครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน หรือ

· จะเป็นค่า ซึ่งได้จากการกลับเครื่องหมายค่า จากตาราง

ตัวอย่างที่ 9 จากปฏิกิริยาระหว่างเหล็กกับ AgNO3 เขียนแทนด้วยสมการดังนี้

Fe(s) + 2AgNO3(aq) ® Fe2+(aq) + 2Ag(s)

จงคำนวณหาค่า ของเซลล์กัลวานิกที่ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้น

วิธีทำ จากสมการ

ที่แอโนด ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น

Fe(s) ® Fe2+(aq) + 2e– E^O = –0.41 V

ที่แคโทด ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น

Ag+(aq) + e– ® Ag(s) E^O = +0.80 V

= –

= (+0.80) – (–0.41)

= +1.21 V

ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ = +1.21 V

ตัวอย่างที่ 10 ถ้านำครึ่งเซลล์ Al(s)|Al3+(aq, 1 mol/dm3) กับครึ่งเซลล์ Cu(s)|Cu2+(aq, 1 mol/dm3) ที่อุณหภูมิ 25^OC มาต่อกันเป็นเซลล์กัลวานิก ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์มีค่าเท่าใด

วิธีทำ จากตารางศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานของครึ่งเซลล์เป็นดังนี้

Al3+(aq) + 3e– ® Al(s) E^O = –1.86 V

Cu2+(aq) + 2e– ® Cu(s) E^O = +0.34 V

ครึ่งเซลล์ Cu(s)|Cu2+(aq, 1 mol/dm3) มีค่า E^O สูงกว่า รับอิเล็กตรอนได้ดีกว่า จึงเป็นแคโทด ส่วนครึ่งเซลล์ Al(s)|Al3+(aq, 1 mol/dm3) เป็นแอโนด ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์หาได้ดังนี้

= –

= (+0.34) – (–1.86)

= +2.02 V

ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ = +2.02 V

3. ใช้คำทำนายทิศทางการเกิดปฏิกิริยาว่าปฏิกิริยาจะดำเนินไปในทางใด หรือทำนายว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เขียนไว้เกิดขึ้นได้จริงหรือไม่ เมื่อรวมสองครึ่งปฏิกิริยาเข้าด้วยกัน ครึ่งปฏิกิริยาที่มีค่า E^O เป็นบวกมากกว่าจะรับอิเล็กตรอน หรือเกิดปฏิกิริยารีดักชัน และสารที่มีค่า E^O เป็นบวกน้อยกว่าจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันให้อิเล็กตรอน

ตัวอย่างเช่น ใส่แผ่นโลหะสังกะสีลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก สังเกตพบว่ามีฟองแก๊สไฮโดรเจนเกิดขึ้น สมการแสดงปฏิกิริยาเป็นดังนี้

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน Zn(s) ® Zn2+(aq) + 2e–

ปฏิกิริยารีดักชัน 2H+(aq) + 2e– ® H2(g)

ปฏิกิริยารีดอกซ์ Zn(s) + 2H+(aq) ® Zn2+(aq) + H2(g)

ศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานเป็นดังนี้

Zn2+(aq) + 2e– ® Zn(s) E^O = –0.76 V

2H+(aq) + 2e– ® H2(g) E^O = 0.00 V

คำนวณศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานของเซลล์ได้ดังนี้

= –

= (0.00) – (–0.76)

= +0.76 V

เซลล์กัลวานิกที่มีค่า เป็นบวก แปลความหมายได้ว่าปฏิกิริยาที่เขียนแสดงไว้นั้นเกิดขึ้นได้จริง ดังนั้นการใส่โลหะ Zn ลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกจึงสังเกตเห็นฟองแก๊สไฮโดรเจนเกิดขึ้น

ถ้าใส่แผ่นโลหะทองแดงลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริก สมการแสดงปฏิกิริยาเป็นดังนี้

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน Cu(s) ® Cu2+(aq) + 2e–

ปฏิกิริยารีดักชัน 2H+(aq) + 2e– ® H2(g)

ปฏิกิริยารีดอกซ์ Cu(s) + 2H+(aq) ® Cu2+(aq) + H2(g)

ศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานเป็นดังนี้

Cu2+(aq) + 2e– ® Cu(s) E^O = +0.34 V

2H+(aq) + 2e– ® H2(g) E^O = 0.00 V

คำนวณศักย์ไฟฟ้ารีดักชันมาตรฐานของเซลล์ได้ดังนี้

= –

= (0.00) – (+0.34)

= –0.34 V

เซลล์กัลวานิกที่มีค่า เป็นลบ แปลความหมายได้ว่าปฏิกิริยาที่เขียนแสดงไว้นั้นเกิดขึ้นไม่ได้ นั่นคือเมื่อใส่โลหะทองแดงลงในสารละลายกรดไฮโดรคลอริกจะสังเกตไม่เห็นการเปลี่ยนแปลง เมื่อพิจารณาค่า E^O ของครึ่งเซลล์ พบว่า E^O ของครึ่งเซล Cu(s)|Cu2+(aq, 1 mol/dm3) สูง E^O ของครึ่งเซลล์ Pt(s)| H2(g, 1 atm)|H+(aq, 1 mol/dm3) ครึ่งเซลล์ Cu(s)|Cu2+(aq, 1 mol/dm3) จึงควรเกิดปฏิกิริยารีดักชันและมีทิศทางตรงข้ามกับปฏิกิริยาที่กำหนดให้ เมื่อคำนวณค่า E^O จะเป็นบวก ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริงจึงเป็นดังนี้

H2(g) + Cu2+(aq) ® 2H+(aq) + Cu(s)