ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກ
ເຊວໄຟຟ້າແມ່ນອຸປະກອນທີ່ໃຊ້ພະລັງງານໄຟຟ້າເພື່ອບັງຄັບໃຫ້ເກີດປະຕິກິລິຍາເຄມີທີ່ປົກກະຕິແລ້ວຈະບໍ່ເກີດຂຶ້ນເອງ. ບໍ່ເຫມືອນກັບເຊວໄຟຟ້າ galvanic (ເຊວ voltaic), ເຊິ່ງຜະລິດໄຟຟ້າຈາກປະຕິກິລິຍາ redox ເອງ, ເຊວໄຟຟ້າ "ໃຊ້" ໄຟຟ້າເພື່ອປ່ຽນສານໃຫ້ເປັນຮູບແບບອື່ນໆຜ່ານຂະບວນການຜຸພັງ ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນ. ເທັກໂນໂລຢີນີ້ມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍໃນອຸດສາຫະກຳທີ່ທັນສະໄໝ, ຕັ້ງແຕ່ການຊຸບໂລຫະ ແລະ ການຫລອມທອງແດງ ຈົນເຖິງການຜະລິດອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ ແລະ ອົກຊີເຈນ ແລະ ການຜະລິດອາລູມີນຽມ. ບົດບາດຫຼັກຂອງເຊວໄຟຟ້າແມ່ນຢູ່ໃນປະຕິກິລິຍາເຄມີຂອງມັນ: ການຫັນປ່ຽນສານທີ່ຄວບຄຸມໂດຍກະແສໄຟຟ້າ.
ແນວຄວາມຄິດພື້ນຖານ: ປະຕິກິລິຍາ Redox ແລະ ການເຄື່ອນທີ່ຂອງອີເລັກຕຣອນ
ສາລະສຳຄັນຂອງການເອເລັກໂຕຣໄລຊິສແມ່ນປະຕິກິລິຍາຣີດັອກ (ການຄາຍ-ອົກຊິເດຊັນ). ການອົກຊິເດຊັນແມ່ນການປ່ອຍເອເລັກຕຣອນ, ໃນຂະນະທີ່ການຄາຍແມ່ນການໄດ້ຮັບເອເລັກຕຣອນ. ໃນເຊວເອເລັກໂຕຣໄລຕິ, ແຫຼ່ງໄຟຟ້າພາຍນອກບັງຄັບໃຫ້ເອເລັກຕຣອນໄຫຼຜ່ານວົງຈອນ, ຊ່ວຍໃຫ້ປະຕິກິລິຍາຣີດັອກເກີດຂຶ້ນຢູ່ໜ້າຜິວຂອງເອເລັກໂຕຣດ.
ມີເອເລັກໂຕຣດສອງອັນຫຼັກຄື: ອາໂນດ ແລະ ແຄໂທດ. ໃນເຊວເອເລັກໂຕຣໄລຕິກ, ອາໂນດແມ່ນເອເລັກໂຕຣດບ່ອນທີ່ເກີດການຜຸພັງ, ໃນຂະນະທີ່ແຄໂທດແມ່ນເອເລັກໂຕຣດບ່ອນທີ່ເກີດການຫຼຸດຄ່າ. ອັນນີ້ມັກຈະເຮັດໃຫ້ສັບສົນເພາະວ່າໃນເຊວກາວານິກ, ສັນຍານຂອງປະຈຸໄຟຟ້າແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ແຕ່ຄຳນິຍາມຂອງການຜຸພັງຢູ່ທີ່ອາໂນດ ແລະ ການຫຼຸດຄ່າຢູ່ທີ່ແຄໂທດແມ່ນສອດຄ່ອງກັນສະເໝີສຳລັບເຊວເອເລັກໂຕຣເຄມີທັງໝົດ.
ເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ ແມ່ນຕົວກາງທີ່ນຳກະແສໄຟຟ້າຜ່ານການເຄື່ອນທີ່ຂອງໄອອອນ. ເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ສາມາດເປັນສານລະລາຍເກືອ, ກົດ, ເບສ, ຫຼື ສານປະກອບໄອອອນທີ່ລະລາຍ. ເມື່ອກະແສໄຟຟ້າໄຫຼ, ແຄຕິອອນ (ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸບວກ) ຈະເຄື່ອນທີ່ໄປຫາແຄໂທດເພື່ອຜ່ານການຄາຍ, ໃນຂະນະທີ່ໄອອອນ (ໄອອອນທີ່ມີປະຈຸລົບ) ຈະເຄື່ອນທີ່ໄປຫາອາໂນດເພື່ອຜ່ານການຜຸພັງ. ດັ່ງນັ້ນ, ນອກເໜືອໄປຈາກການໄຫຼຂອງເອເລັກຕຣອນໃນວົງຈອນພາຍນອກ, ຍັງມີການໄຫຼຂອງໄອອອນພາຍໃນເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ເພື່ອຮັກສາຄວາມສົມດຸນຂອງປະຈຸ.
ອົງປະກອບຂອງເຊວເອເລັກໂຕຣໄລຕິກ ແລະ ບົດບາດຂອງມັນ
ໂດຍທົ່ວໄປ, ເຊວເອເລັກໂຕຼໄລຕິກປະກອບດ້ວຍ:
1. ການສະໜອງພະລັງງານ: ໃຫ້ຄວາມແຕກຕ່າງທີ່ມີທ່າແຮງ ເພື່ອໃຫ້ປະຕິກິລິຍາທີ່ບໍ່ເກີດຂຶ້ນເອງສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້.
2. ສອງຂົ້ວໄຟຟ້າ: ສາມາດເປັນຂົ້ວໄຟຟ້າທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາ (ເຊັ່ນ: ກຣາໄຟທ໌ ຫຼື ແພລັດຕິນຽມ) ຫຼື ຂົ້ວໄຟຟ້າທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ (ເຊັ່ນ: ທອງແດງໃນການຫລອມທອງແດງ).
3. ເອເລັກໂຕຣໄລ: ສານທີ່ໄອອອນເຊສ ເພື່ອໃຫ້ພວກມັນສາມາດນຳກະແສໄຟຟ້າໄດ້.
4. ພາຊະນະ ແລະ ວົງຈອນ: ຮັກສາລະບົບໃຫ້ໝັ້ນຄົງ ແລະ ອະນຸຍາດໃຫ້ສັງເກດຜະລິດຕະພັນປະຕິກິລິຍາ.
ການເລືອກເອເລັກໂຕຣດ ແລະ ເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ ກຳນົດປະເພດຂອງປະຕິກິລິຍາທີ່ເກີດຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຕົວຢ່າງ, ເອເລັກໂຕຣດທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາຈະບໍ່ໄດ້ມີສ່ວນຮ່ວມໃນປະຕິກິລິຍາຕາມວິທີການສະຕອຍກິໂອເມຕຣິກ, ໃນຂະນະທີ່ເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວສາມາດລະລາຍ ຫຼື ຕົກຕະກອນເປັນສ່ວນໜຶ່ງຂອງປະຕິກິລິຍາໄດ້.
ປະຕິກິລິຍາເຄມີຢູ່ທີ່ແຄໂທດ: ຂະບວນການຫຼຸດຜ່ອນ
ຢູ່ທີ່ແຄໂທດ, ການລີດຕົວຈະເກີດຂຶ້ນ, ຊຶ່ງໝາຍຄວາມວ່າຊະນິດເຄມີໄດ້ຮັບເອເລັກຕຣອນ. ໃນສານລະລາຍທີ່ເປັນນໍ້າ, ຕົວເລືອກສຳລັບການລີດຕົວມັກຈະເປັນແຄໂທດໂລຫະ ຫຼື ໂມເລກຸນນໍ້າ (ຫຼື ໄອອອນໄຮໂດຣເຈນ). ປະຕິກິລິຍາທີ່ເກີດຂຶ້ນແມ່ນຂຶ້ນກັບແນວໂນ້ມການລີດຕົວຂອງແຕ່ລະຊະນິດ.
ຕົວຢ່າງທົ່ວໄປ:
1. ການຫຼຸດຜ່ອນໄອອອນໂລຫະ
ຕົວຢ່າງ, ການແຍກສານລະລາຍ CuSO₄ ດ້ວຍເອເລັກໂຕຣດທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາ:
\[
\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu(s)}
\]
ໄອອອນ Cu²⁺ ຮັບເອເລັກຕຣອນ ແລະ ຕົກຕະກອນເປັນທອງແດງແຂງຢູ່ທີ່ແຄໂທດ.
2. ການຫຼຸດຜ່ອນນ້ຳຜະລິດໄຮໂດຣເຈນ
ໃນສານລະລາຍທີ່ແຄວຊຽມຍາກທີ່ຈະຫຼຸດຜ່ອນ (ຕົວຢ່າງເຊັ່ນ Na⁺ ຫຼື K⁺ ໃນນໍ້າ), ນໍ້າຈະຖືກຫຼຸດຜ່ອນໄດ້ງ່າຍກວ່າ:
\[
2\text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2(g) + 2\text{OH}^-
\]
ດ້ວຍເຫດນີ້, ອາຍແກັສໄຮໂດເຈນຈຶ່ງຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ແຄໂທດ, ແລະ ສານລະລາຍອ້ອມຮອບແຄໂທດຈະກາຍເປັນພື້ນຖານຫຼາຍຂຶ້ນຍ້ອນການສ້າງ OH⁻.
ດັ່ງນັ້ນ, ຢູ່ທີ່ແຄໂທດ, ການຕົກຕະກອນໂລຫະ ຫຼື ການສ້າງອາຍແກັສສາມາດເກີດຂຶ້ນໄດ້, ຂຶ້ນກັບສະພາບຂອງລະບົບ.
ປະຕິກິລິຍາເຄມີຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ: ຂະບວນການຜຸພັງ
ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ, ການຜຸພັງເກີດຂຶ້ນ, ເຊິ່ງເປັນການປ່ອຍເອເລັກຕຣອນ. ຊະນິດທີ່ສາມາດຜຸພັງໄດ້ມັກຈະເປັນແອນອີອອນ (ເຊັ່ນ Cl⁻, Br⁻) ຫຼື ນໍ້າ (ຜະລິດ O₂). ເຊັ່ນດຽວກັບຢູ່ທີ່ຂົ້ວລົບ, ຜະລິດຕະພັນຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກແມ່ນຂຶ້ນກັບປະເພດຂອງໄອອອນ ແລະ ຄວາມສະດວກໃນການຜຸພັງ.
ຕົວຢ່າງທົ່ວໄປ:
1. ການຜຸພັງຂອງໄອອອນຄລໍໄຣດ໌ຜະລິດຄລໍໄຣດ໌
ໃນການແຍກສານລະລາຍ NaCl ທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນ (ນ້ຳເຄັມ), ແອນອີອອນ Cl⁻ ສາມາດຖືກຜຸພັງໄດ້:
\[
2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2(g) + 2e^-
\]
ອາຍແກັສ chlorine ຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ anode.
2. ການຜຸພັງຂອງນໍ້າຜະລິດອົກຊີເຈນ
ຖ້າແອນອີອອນຍາກທີ່ຈະຜຸພັງ (ເຊັ່ນ SO₄²⁻ ຫຼື NO₃⁻), ນ້ຳຈະຖືກຜຸພັງ:
\[
2\ຂໍ້ຄວາມ{H}_2\ຂໍ້ຄວາມ{O} \rightarrow \ຂໍ້ຄວາມ{O}_2(g) + 4\ຂໍ້ຄວາມ{H}^+ + 4e^-
\]
ອາຍແກັສອົກຊີເຈນຖືກສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ, ແລະວິທີແກ້ໄຂອ້ອມຮອບຂົ້ວບວກຈະກາຍເປັນກົດຫຼາຍຂຶ້ນເນື່ອງຈາກການສ້າງ H⁺.
ການຕັດສິນໃຈກ່ຽວກັບ "ເຊິ່ງຖືກຜຸພັງ" ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກມັກຖືກກຳນົດໂດຍຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໄອອອນ, ປະເພດເອເລັກໂຕຣດ, ແລະເງື່ອນໄຂການປະຕິບັດງານ (ແຮງດັນ, pH, ແລະ ໂພແທດຊຽມເກີນ).
ຕົວຢ່າງກໍລະນີສຳຄັນ: ການແຍກນ້ຳດ້ວຍໄຟຟ້າ
ການແຍກນ້ຳດ້ວຍໄຟຟ້າແມ່ນຕົວຢ່າງຄລາສສິກທີ່ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະຕິກິລິຍາຢູ່ທັງສອງຂົ້ວໄຟຟ້າ. ໃນທາງປະຕິບັດ, ນ້ຳບໍລິສຸດແມ່ນຕົວນຳໄຟຟ້າທີ່ອ່ອນແອຫຼາຍ, ສະນັ້ນ ເອເລັກໂຕຣໄລ (ເຊັ່ນ: H₂SO₄ ເຈືອຈາງ ຫຼື KOH) ມັກຈະຖືກເພີ່ມເຂົ້າໄປເພື່ອເພີ່ມຄວາມນຳໄຟຟ້າ.
ປະຕິກິລິຍາຢູ່ທີ່ແຄໂທດ:
\[
2\text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2(g) + 2\text{OH}^-
\]
ປະຕິກິລິຍາຢູ່ທີ່ anode:
\[
2\ຂໍ້ຄວາມ{H}_2\ຂໍ້ຄວາມ{O} \rightarrow \ຂໍ້ຄວາມ{O}_2(g) + 4\ຂໍ້ຄວາມ{H}^+ + 4e^-
\]
ຖ້າເອເລັກຕຣອນມີຄວາມສົມດຸນ ແລະ ບວກເຂົ້າກັນແລ້ວ, ປະຕິກິລິຍາທັງໝົດແມ່ນ:
\[
2\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow 2\text{H}_2(g) + \text{O}_2(g)
\]
ຈາກປະຕິກິລິຍານີ້ ສາມາດເຫັນໄດ້ວ່ານ້ຳຈະຍ່ອຍສະຫຼາຍເປັນອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ ແລະ ອົກຊີເຈນ ດ້ວຍອັດຕາສ່ວນປະລິມານ 2:1, ອີງຕາມ stoichiometry ຂອງສົມຜົນປະຕິກິລິຍາ.
ການແຍກສານລະລາຍ NaCl ດ້ວຍໄຟຟ້າ: ການຜະລິດຄລໍຣີນ ແລະ ໂຊດຽມໄຮດຣອກໄຊດ໌
ໃນອຸດສາຫະກໍາ, ໜຶ່ງໃນຂະບວນການເອເລັກໂຕລີຊິດທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດແມ່ນການເອເລັກໂຕລີຊິດຂອງສານລະລາຍ NaCl ທີ່ເຂັ້ມຂຸ້ນໂດຍໃຊ້ຈຸລັງເຍື່ອຫຼືຈຸລັງກະບັງລົມ. ປະຕິກິລິຍາທີ່ເກີດຂຶ້ນແມ່ນ:
ແຄໂທດ:
\[
2\text{H}_2\text{O} + 2e^- \rightarrow \text{H}_2(g) + 2\text{OH}^-
\]
ອາໂນດ:
\[
2\text{Cl}^- \rightarrow \text{Cl}_2(g) + 2e^-
\]
ປະຕິກິລິຍາທັງໝົດ:
\[
2\text{NaCl(aq)} + 2\text{H}_2\text{O(l)} \rightarrow \text{Cl}_2(g) + \text{H}_2(g) + 2\text{NaOH(aq)}
\]
ຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນມີຄຸນຄ່າຫຼາຍ: ຄລໍຣີນສຳລັບອຸດສາຫະກຳເຄມີ, ໄຮໂດຣເຈນເປັນເຊື້ອເພີງ ຫຼື ວັດຖຸດິບ, ແລະ NaOH ສຳລັບສະບູ, ເຈ້ຍ, ແລະ ຂະບວນການທຳຄວາມສະອາດຕ່າງໆ.
ກົດໝາຍຂອງຟາຣາເດ: ຄວາມສຳພັນລະຫວ່າງປະຈຸໄຟຟ້າ ແລະ ປະລິມານຂອງສານ
ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນເຊວເອເລັກໂຕຣໄລຕິກແມ່ນກ່ຽວຂ້ອງຢ່າງໃກ້ຊິດກັບປະລິມານຂອງປະຈຸໄຟຟ້າທີ່ໄຫຼຜ່ານ. ກົດໝາຍຂອງຟາຣາເດກ່າວວ່າມວນສານຂອງສານທີ່ເກີດຂຶ້ນ ຫຼື ເນົ່າເປື່ອຍຢູ່ທີ່ເອເລັກໂຕຣດແມ່ນສັດສ່ວນກັບປະລິມານຂອງປະຈຸໄຟຟ້າ (Q) ທີ່ຜ່ານໄປ.
ປະຈຸໄຟຟ້າ:
\[
Q = I ຄູນ t
\]
ໂດຍ I ແມ່ນກະແສໄຟຟ້າ (ແອມແປ) ແລະ t ແມ່ນເວລາ (ວິນາທີ). ຈຳນວນໂມລຂອງເອເລັກຕຣອນ:
\[
n(e^-) = \frac{Q}{F}
\]
ບ່ອນທີ່ F ແມ່ນຄ່າຄົງທີ່ຂອງຟາຣາເດ (≈ 96485 ເອເລັກຕຣອນ C/mol). ຈາກນີ້, ພວກເຮົາສາມາດຄິດໄລ່ມວນສານຂອງໂລຫະທີ່ຝາກໄວ້ ຫຼື ປະລິມານຂອງອາຍແກັສທີ່ຜະລິດໂດຍອີງໃສ່ stoichiometry ຂອງປະຕິກິລິຍາເອເລັກໂຕຣດ. ນີ້ແມ່ນເຫດຜົນທີ່ວ່າ electrolysis ມີປະໂຫຍດຫຼາຍ: ຜະລິດຕະພັນສາມາດຄາດຄະເນ ແລະ ຄວບຄຸມໄດ້ຢ່າງຊັດເຈນ.
ປັດໄຈທີ່ມີຜົນກະທົບຕໍ່ປະຕິກິລິຍາເອເລັກໂຕຼລິຊິດ
ບາງປັດໃຈຫຼັກທີ່ມີອິດທິພົນຕໍ່ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນຈຸລັງເອເລັກໂຕຼໄລຕິກແມ່ນ:
1. ປະເພດຂອງໄອອອນໃນເອເລັກໂຕຣໄລ: ກຳນົດຊະນິດທີ່ອາດຈະຖືກຫຼຸດຜ່ອນ/ຜຸພັງ.
2. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໄອອອນ: ໄອອອນທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຫຼາຍມັກຈະມີສ່ວນຮ່ວມໃນປະຕິກິລິຍາໄດ້ງ່າຍກວ່າ.
3. ວັດສະດຸເອເລັກໂຕຣດ: ເອເລັກໂຕຣດທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາ ທຽບກັບ ເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວ ສາມາດຜະລິດຜະລິດຕະພັນທີ່ແຕກຕ່າງກັນໄດ້.
4. ແຮງດັນ ແລະ ກະແສໄຟຟ້າ: ກຳນົດອັດຕາການເກີດປະຕິກິລິຍາ ແລະ ຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງປະຕິກິລິຍາຂ້າງຄຽງ.
5. pH ແລະ ອຸນຫະພູມ: ມີຜົນກະທົບຕໍ່ຄວາມສົມດຸນ ແລະ ຈັງວະການເກີດປະຕິກິລິຍາ.
ການຄຸ້ມຄອງປັດໃຈເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນມີຄວາມສໍາຄັນຕໍ່ຂະບວນການເອເລັກໂຕລີຊິດໃຫ້ມີປະສິດທິພາບ ແລະ ຜະລິດຜະລິດຕະພັນທີ່ຕ້ອງການ.
Penutup
ປະຕິກິລິຍາເຄມີໃນຈຸລັງເອເລັກໂຕຣໄລຕິກແມ່ນຕົວຢ່າງທີ່ແນ່ນອນຂອງວິທີທີ່ໄຟຟ້າສາມາດຄວບຄຸມການຫັນປ່ຽນຂອງສານຜ່ານກົນໄກຣີດັອກ. ຢູ່ທີ່ແຄໂທດ, ການຫຼຸດປະຕິກິລິຍາເກີດຂຶ້ນ, ເຊິ່ງສາມາດຜະລິດໂລຫະທີ່ຕົກຕະກອນ ຫຼື ອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ, ໃນຂະນະທີ່ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ, ການຜຸພັງເກີດຂຶ້ນ, ເຊິ່ງສາມາດຜະລິດຄລໍຣີນ ຫຼື ອາຍແກັສອົກຊີເຈນ. ການນຳໃຊ້ທາງອຸດສາຫະກຳຫຼາຍຢ່າງຂອງການເອເລັກໂຕຣໄລຊິດສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າຂະບວນການນີ້ບໍ່ພຽງແຕ່ເປັນແນວຄວາມຄິດໃນຫ້ອງທົດລອງເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ເປັນພື້ນຖານຂອງການຜະລິດສານເຄມີທີ່ທັນສະໄໝຫຼາຍຢ່າງ. ໂດຍການເຂົ້າໃຈປະຕິກິລິຍາຢູ່ແຕ່ລະເອເລັກໂຕຣດ ແລະ ປັດໃຈທີ່ມີອິດທິພົນຕໍ່ພວກມັນ, ພວກເຮົາສາມາດອອກແບບຂະບວນການເອເລັກໂຕຣໄລຊິດທີ່ມີປະສິດທິພາບ, ປອດໄພ ແລະ ປະຫຍັດກວ່າ.
