เซลล์ไฟฟ้าเคมีและครึ่งเซลล์

ครึ่งเซลล์ดังกล่าวเชื่อมต่อโดยใช้คีย์อิเล็กโทรไลต์ ใช้เพื่อให้การไหลของอิเล็กตรอนและรักษาหน้าสัมผัสทางไฟฟ้าระหว่างอิเล็กโทรด แผนผัง การสร้างเซลล์กัลวานิกสามารถอธิบายได้ดังนี้ แอโนด | อิเล็กโทรไลต์แอโนด || อิเล็กโทรไลต์แคโทด | แคโทด ในรูปแบบดังกล่าว เส้นแนวตั้งระบุขอบเขตเฟส และเส้นคู่ระบุคีย์อิเล็กโทรไลต์ นอกจากนี้ เราต้องใส่ใจกับลำดับการสังเกตสารตั้งต้น โดยเริ่มจากปฏิกิริยารีดักชันจากทางซ้ายเสมอ จากนั้นตามด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชัน

พลังงานในเซลล์

ในเซลล์กัลวานิก พลังงานจะถูกสร้างขึ้นจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเอง อุปกรณ์ที่มีการใช้งานคล้ายกัน แต่ปฏิกิริยาถูกบังคับโดยการใช้แหล่งจ่ายไฟ DC ภายนอก คืออิเล็กโทรไลเซอร์ ตามชื่อที่แนะนำ มันดำเนินกระบวนการอิเล็กโทรลิซิส แบตเตอรี่ที่มีอยู่ทั้งหมดเป็นเซลล์กัลวานิก ได้แก่ เซลล์แห้ง เซลล์ปรอท แบตเตอรี่นิกเกิลแคดเมียม ซึ่งใช้จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ไฟฟ้า ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเองภายในเกิดขึ้นเนื่องจากการแนะนำสารที่เหมาะสมในกระบวนการผลิต

ปฏิกิริยาที่ขั้วไฟฟ้า

ในระหว่างการทำงานของเซลล์ กระบวนการออกซิเดชั่นและรีดักชั่นจะเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรดแต่ละตัว อิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาในระหว่างการออกซิเดชันซึ่งมีอยู่ในครึ่งเซลล์เดียวจะไหลไปยังอีกครึ่งเซลล์ซึ่งจะทำให้เกิดปฏิกิริยารีดักชัน อิเล็กโทรดที่เกิดรีดักชันเรียกว่าแคโทด ในขณะที่แอโนดเป็นอิเล็กโทรดที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน สายตา ขั้วบวกจะมีเครื่องหมายลบเสมอ และอิเล็กตรอนจากขั้วบวกจะไหลไปยังขั้วลบด้วยเครื่องหมายบวก เนื่องจากประจุบวกสอดคล้องกับค่าศักย์ไฟฟ้าที่สูงกว่า แคโทดจึงแสดงศักย์ที่สูงกว่าแอโนด

ครึ่งเซลล์

ครึ่งเซลล์สามารถประกอบด้วยสองเฟสเป็นอย่างน้อย หนึ่งในนั้นคือ อิเล็กโทรด นำอิเล็กตรอน ประการที่สองมีหน้าที่ในการนำไอออนิกและมีอยู่ในรูปของอิเล็กโทรไลต์ในสารละลายหรือในสถานะหลอมเหลว ที่ขอบเขตของเฟสเหล่านี้ มีการจัดเรียงตัวของอิเล็กตรอน ไอออน และไดโพลที่เฉพาะเจาะจง ซึ่งกำหนดโดยอันตรกิริยาของไฟฟ้าสถิต บางครั้งก็รวมเข้ากับการดูดซับของไอออนและโมเลกุลของไดโพล

พิมพ์ I ครึ่งเซลล์

ครึ่งเซลล์ประเภทที่ 1 รวมถึงครึ่งเซลล์ที่พบมากที่สุดทั้งหมด ซึ่งเกิดขึ้นจากการใส่อิเล็กโทรดโลหะลงในสารละลายเกลือที่มีไอออนบวกของโลหะชนิดเดียวกัน ตัวอย่างของระบบดังกล่าว ได้แก่ ครึ่งเซลล์สังกะสี Zn ²⁺ |Zn และครึ่งเซลล์ทองแดง Cu ²⁺ |Cu ครึ่งเซลล์ประเภทนี้เรียกอีกอย่างว่าไอออนบวกที่ผันกลับได้ เนื่องจากปฏิกิริยาที่มีไอออนบวกเป็นสื่อกลางจะปรับสมดุลที่ผิวอิเล็กโทรด ครึ่งเซลล์ของแก๊สเป็นของครึ่งเซลล์ประเภทที่ 1 ในระบบดังกล่าว ก๊าซจะอยู่ในสภาวะสมดุลกับไอออนของโลหะที่เฉื่อยทางเคมี บทบาทของมันคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยไม่ต้องเป็นตัวตั้งต้นในปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม มันสามารถเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาของมันได้ เพื่อจุดประสงค์นี้มักใช้ทองคำขาว ตัวอย่างที่สำคัญที่สุดของครึ่งเซลล์ของแก๊สคือครึ่งเซลล์ของไฮโดรเจน กระแสก๊าซไฮโดรเจนไหลผ่านสารละลายที่มี H ⁺ ไอออน สัญกรณ์สัญลักษณ์ของครึ่งเซลล์มีดังนี้: Pt | H ₂ (ช) | H ⁺ (c) นี่คือครึ่งเซลล์ที่สำคัญในบริบทการวิจัย เนื่องจากศักยภาพมาตรฐานของมันถือว่าเท่ากับ 0 V นี่เป็นเพราะกิจกรรมของไฮโดรเจนและไอออนของไฮโดรเจนเท่ากับหนึ่ง ดังนั้น อิเล็กโทรดไฮโดรเจนจึงถูกใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิงมาตรฐาน ศักยภาพของครึ่งเซลล์อื่นถูกกำหนดโดยสัมพันธ์กับศักยภาพของอิเล็กโทรดไฮโดรเจน นอกจากนี้ยังเป็นอิเล็กโทรดที่ผันกลับได้ของไอออนบวก ในทางตรงกันข้าม อิเล็กโทรดก๊าซอื่นๆ สามารถสร้างสมดุลกับประจุลบได้ ดังนั้นชื่อของพวกเขา – อิเล็กโทรดประจุลบที่ผันกลับได้ ครึ่งเซลล์ดังกล่าวได้แก่: Cl ₂ (g)|Cl ^– (c)

Type II ครึ่งเซลล์

ครึ่งเซลล์ประเภทต่อไปมีโครงสร้างที่ประกอบด้วยโลหะซึ่งปกคลุมด้วยชั้นที่มีรูพรุนของเกลือที่ละลายได้น้อยของโลหะชนิดนี้ ระบบดังกล่าวถูกแช่อยู่ในสารละลายของเกลือที่ละลายได้สูงซึ่งมีประจุลบเหมือนกันกับเกลือที่ละลายได้น้อย รูปแบบนี้ถูกบันทึกเป็น: โลหะ | เกลือที่ละลายได้น้อย | ประจุลบทั่วไป เช่น Ag | AgCl | Cl ^– สิ่งเหล่านี้เป็นอิเล็กโทรดที่ผันกลับได้ของไอออนทั่วไป และศักยภาพของพวกมันขึ้นอยู่กับกิจกรรมของไอออนเหล่านี้ ในกรณีนี้คือคลอไรด์ เนื่องจากอิเล็กโทรดประเภท II มีลักษณะการย้อนกลับได้ ความทนทาน และศักย์ไฟฟ้าคงที่ จึงมักใช้เป็นอิเล็กโทรดอ้างอิงเมื่อวัดศักย์ไฟฟ้าของครึ่งเซลล์อื่นๆ โดยทั่วไปจะใช้สองอย่างเพื่อจุดประสงค์นี้ – อิเล็กโทรดซิลเวอร์คลอไรด์ที่กล่าวถึงแล้วและอิเล็กโทรดคาโลเมลที่ทำจากปรอทที่เคลือบด้วยคาโลเมลเพสต์ที่มีส่วนผสมของปรอทที่แช่อยู่ในสารละลายที่มีคลอไรด์แอนไอออน: Hg | Hg ₂ Cl ₂ | Cl ^–

รีดอกซ์ครึ่งเซลล์

แม้จะมีชื่อที่ทำให้เข้าใจผิดอยู่บ้าง แต่เนื่องจากครึ่งเซลล์ทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะด้วยปฏิกิริยารีดอกซ์ กลุ่มนี้สงวนไว้สำหรับครึ่งเซลล์ที่โลหะที่ไม่ใช้งานทางเคมี (Pt, Au) แช่อยู่ในสารละลายที่มีสารทั้งในรูปแบบออกซิไดซ์และรีดิวซ์ . ตัวอย่างคือเซลล์ครึ่งเซลล์ควินไฮโดรนซึ่งทำจากอิเล็กโทรดแพลทินัมที่แช่อยู่ในสารละลายควินไฮโดรน สารละลายดังกล่าวมีจำนวนโมลของควิโนนและไฮโดรควิโนนเท่ากัน

ประเภทของเซลล์

เซลล์ที่ง่ายที่สุดประกอบด้วยครึ่งเซลล์ที่มีอิเล็กโทรไลต์เหมือนกัน อย่างไรก็ตาม มีหลายเซลล์ที่แต่ละครึ่งเซลล์มีวิธีแก้ปัญหาที่แตกต่างกัน ตัวอย่างของเซลล์ดังกล่าวคือเซลล์ Daniell ซึ่งรูปแบบสามารถสังเกตได้ดังนี้: Zn | สังกะสี ²⁺ || คู ²⁺ | Cu แอโนดทำจากอิเล็กโทรดสังกะสีที่แช่อยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำของซิงก์ซัลเฟต ในขณะที่แอโนดเป็นอิเล็กโทรดทองแดงที่แช่อยู่ในสารละลายที่เป็นน้ำของ คอปเปอร์ซัลเฟต ครึ่งเซลล์ทั้งสองเชื่อมต่อด้วยกุญแจอิเล็กโทรไลต์และไม่ได้สัมผัสกันโดยตรง แบ่งเซลล์ได้เป็นเซลล์เคมีและเซลล์เข้มข้น ในเซลล์เคมี กระบวนการที่เกิดขึ้นเองคือปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน ซึ่งพลังงานของปฏิกิริยาเคมีจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้า เซลล์ความเข้มข้นมีลักษณะพิเศษคือการใช้อิเล็กโทรดและอิเล็กโทรไลต์เดียวกันที่มีความเข้มข้นต่างกัน หลังจากครึ่งเซลล์ดังกล่าวลัดวงจร กระบวนการที่เกิดขึ้นเองจะเกิดขึ้นเพื่อทำให้ความเข้มข้นเท่ากัน กระบวนการนี้เป็นที่มาของงานไฟฟ้า นอกจากนี้ยังมีเซลล์ความเข้มข้นของอิเล็กโทรดที่อิเล็กโทรดแก๊สมีความเข้มข้นต่างกัน เช่น อิเล็กโทรดแก๊สที่มีความดันแก๊สต่างกัน สิ่งเหล่านี้อาจเป็นอิเล็กโทรดอะมัลกัมที่มีความเข้มข้นของอะมัลกัมต่างกัน