13
ใใใใใใใใใใใใ 7 ใใใใใใ ใใใใใใใใใใใ ใใใใใใใใใใใใใใใใใใ เเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เ เเเ เเเเ เเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเ เเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ 1. ใใใใใใใใใใใใใใใใใใใ (Electroplating) เเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเ เเเเเเเเเเเเเเ เเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเ เ เเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเ ใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใใ 1. เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ (เเเเเเ) 2. เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเ (เเเเเเเ) 3. เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเ 4. เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเ เเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเ เเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเเเเเเเเ เเเเ Au + ,Au 3+ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ เเเเ เเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเเ

เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

  • Upload
    others

  • View
    0

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

ใบความรูท่ี้ 7 เรื่อง ประโยชน์ของเซลล์อิเล็กโทรไลต์เซลล์อิเล็กโทรไลต์ เป็นเซลล์ที่เปล่ียนพลังงานไฟฟา้เป็นพลังงานเคมี

ซึ่งสามารถอาศัยหลักการนี้มาประยุกต์ใชใ้นอุตสาหกรรมต่าง ๆ ได้ เชน่ การชุบโลหะ การทำาโลหะใหบ้รสิทุธิ ์ การถลงุแยกแร ่ การแยกสารละลายเกลือด้วยกระแสไฟฟา้

1. การชุบโลหะด้วยไฟฟา้ (Electroplating) คือ กระบวนการอิเล็กโทรลิซสิอยา่งหน่ึงที่อาศัยพลังงานไฟฟา้ทำาใหไ้อออนของโลหะชนิดหนึ่ง กลายเป็นโลหะเคลือบ หรอื เกาะบนโลหะอีกชนิดหน่ึง ซึ่งโดยหลักการน้ีสามารถนำาไปใชป้ระโยชน์ในด้านต่าง ๆ เชน่ การป้องกันการผุกรอ่นของโลหะบางชนิด การทำาใหโ้ลหะมคีวามสวยงามและคงทน ฯลฯ

หลักทั่วไปในการชุบโลหะด้วยไฟฟา้1. จดัชิน้งานที่จะชุบต่อเขา้กับขัว้แคโทด (ขัว้ลบ)2. ต้องการชุบด้วยโลหะใด ใหใ้ชโ้ลหะนัน้เป็นแอโนด (ขัว้บวก)3. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมไีอออนของโลหะที่ใชเ้ป็นขัว้แอโนด 4. ต้องใชไ้ฟฟา้กระแสตรง และการกำาหนดศักยไ์ฟฟา้ที่เหมาะสมก็จะทำาใหไ้ด้ผลิตภัณฑ์ที่สวยงามเชน่ ต้องการชุบสรอ้ยเงินใหเ้ป็นสรอ้ยทอง นำาสรอ้ยเงินต่อเขา้กับ

ขัว้แคโทด และใชโ้ลหะทองคำา ต่อเขา้กับขัว้แอโนด โดยใชส้ารละลายที่มีไอออนของทอง เชน่ Au+ ,Au3+ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แล้วต่อเขา้กับแหล่งกำาเนิดไฟฟา้กระแสตรง ปรบัค่าศักยไ์ฟฟา้ใหเ้หมาะสม จะได้สรอ้ยทองคำาที่ทำาจาก โลหะเงิน

ตัวอยา่งการชุบชิน้งานทองแดงโดยใชไ้ฟฟา้กระแสตรง

Page 2: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

รูปที่ 1 แสดงการชุบชิน้งานด้วยทองแดงโดยใชไ้ฟฟา้กระแสตรงจากภาพอธบิายได้วา่

1. ต่อโลหะทองแดง (Cu ) เขา้กับขัว้แอโนด หรอืขัว้บวก2. ต่อชิน้งานที่จะเคลือบเขา้กับขัว้แคโทด หรอืขัว้ลบของแบตเตอรี3. ใชส้ารละลาย Cu2+ เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เชน่ CuSO4(aq)4. ผ่านไฟฟา้กระแสตรงที่มศัีกยไ์ฟฟา้ที่เหมาะสมลงไป

เมื่อผ่านไฟฟา้กระแสตรงลงไปในเซลล์ ดังรูป จะพบวา่ อิเล็กตรอนจากแบตเตอรจีะเคล่ือนลงไปสูข่ัว้แคโทด ทำาใหข้ัว้น้ีมปีรมิาณของอิเล็กตรอนมาก และ Cu2+ ซึ่งเป็นไอออนบวกก็จะเคล่ือนที่เขา้มารบัอิเล็กตรอน เกิดปฏิกิรยิารดัีกชนั กลายเป็น โลหะทองแดง เคลือบอยูบ่นชิน้งาน ขณะเดียวกันที่ขัว้แอโนดซึ่งมโีลหะทองแดงต่ออยูก่็จะเกิดปฏิกิรยิาออกซเิดชนัได้ Cu2+ ลงสูส่ารละลายเพื่อชดเชยกับ Cu2+ ที่ลดลง ทำาให้ความเขม้ขนัของสารละลายอิเล็กโทรไลต์คงที่ และอิเล็กตรอนที่ขัว้แอโนดไหลเขา้ไปที่ขัว้บวก(แคโทด) ของแบตเตอร ีทำาใหก้ระแสไฟฟา้ครบวงจร ปฏิกิรยิาที่เกิดขึ้นที่ขัว้แอโนด และแคโทด เป็นดังน้ี

ที่ขัว้แอโนด ; Cu (s) Cu2+ (aq) + 2e-

ที่ขัว้แคโทด ; Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s)การชุบโลหะให้ผิวเรยีบและสวยงามนัน้ขัน้อยูก่ับปัจจัยต่อไปนี้1. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ต้องมคีวามเขม้ขน้ที่เหมาะสม

Page 3: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

2. กระแสไฟฟา้ที่ใชต้้องปรบัค่าความต่างศักยใ์หเ้หมาะสมกับชนิดและขนาดของชิน้โลหะที่ต้องชุบ3. โลหะที่ใชเ้ป็นแอโนดต้องบรสิทุธิ ์ และถ้าไมบ่รสิทุธิต์้องใชส้ารบางชนิดเติมลงไปเพื่อทำา

ปฏิกิรยิา กับสารที่เป็นมลทินไมใ่หม้าเกาะบนผิวโลหะที่นำามาชุบ เชน่ ในทางอุตสาหกรรมจะใสส่ารประกอบไซยาไนด์เพื่อใหท้ำาปฏิกิรยิากับโลหะที่เป็นมลทิน โดยจะ เกิดสารประกอบเชงิซอ้น จงึไมม่ารบกวนหรอืเกาะบนโลหะที่ต้องการชุบ

4. ไมค่วรชุบนานเกินไป ควรชุบเพยีง 2 -3 นาทีเท่านัน้ ตารางที่ 1 การชุบโลหะด้วยไฟฟา้

โลหะท่ีต้องการชุบ

แอโนด สารละลายอิเล็กโทรไลต์

การนำาไปใช้

Cu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4

การชุบโลหะเพื่อความสวยงาม

Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3

ภาชนะต่าง ๆ ที่ใชก้ับโต ๊ะ อาหาร เคร ื่องเพชร พลอย

Au Cu , C , Ni -Cr

3% AuCN , 19 % KCN , K2HPO4 สารละลายบฟัเฟอร์

เครื่องเพชรพลอย

Cr Pb 25 % CrO3 , 0.25% H2SO4 , 30% NiSO4 , 2% NiCl2 , 1% H3BO3

ส ว่ น ต ่า ง ๆ ใ นเครื่องยนต์

Ni Ni 30 % NiSO4 , 2% NiCl2 , 1% H3BO3

แผ่นพื้นฐานโลหะ

Zn Zn 4% Zn(CN)2 , 5% NaCN , 8% NaOH , 5%

สงักะสมุีงหลังคา

Page 4: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

Na2CO3Sn Sn 8% H2SO4 , 7%

SnSO4กระป๋องเคลือบดีบุก

จากตารางที่ 1 จะพบวา่ในกระบวนการชุบโลหะด้วยไฟฟา้ จะม ี CN-

อยูใ่นสารละลาย อิเล็กโทรไลต์ทัง้น้ีเพื่อใชท้ำาปฏิกิรยิากับไอออนของโลหะเกิดเป็นสารประกอบเชงิซอ้น ทำาใหค้วามเขม้ขน้ของโลหะไอออนลดลง เป็นการป้องกันไมใ่หไ้อออนบวกของโลหะเกิดเป็นโลหะเคลือบผิวสารที่ต้องการเรว็เกินไป ซึ่งจะทำาใหโ้ลหะเคลือบได้หยาบไมเ่รยีบ หลดุง่าย

2. การทำาโลหะให้บรสิทุธิด้์วยไฟฟา้ (Electrorefining)การทำาโลหะใหบ้รสิทุธิ ์ เป็นขัน้ตอนหนึ่งในกระบวนการถลงุแร ่ โดย

ทัว่ไป โลหะที่ถลงุได้จากแรม่กัจะมมีลทินปนอยูเ่ล็กน้อย เพื่อทำาใหโ้ลหะนี้บรสิทุธิม์ากขึ้นจะใชก้รบวนการอิเล็กโทรลิซสิ ที่เรยีกวา่ Electrorefining ซึ่งมหีลักการดังน้ี

1. นำาโลหะที่จะทำาใหบ้รสิทุธิต์่อเขา้กับขัว้แอโนด (ขัว้บวก)2. ใชโ้ลหะบรสิทุธิอี์กแท่งหน่ึงต่อเขา้กับขัว้แคโทด (ขัว้ลบ)3. ในสารละลายอิเล็กโตรไลต์ต้องมไีอออนบวกของโลหะที่ต้องการทำาใหบ้รสิทุธิป์ระกอบอยูด้่วย4. ต่อเขา้กับแหล่งกำาเนิดไฟฟา้กระแสตรง และจดัใหม้ศีักยไ์ฟฟา้ของเซลล์ที่เหมาะสมตัวอยา่งการทำาโลหะทองแดงที่ได้จากการถลงุแรค่าลโคไพไรด ์

(CuFeS2) ใหบ้รสิทุธิด์้วยไฟฟา้

Page 5: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

รูปที่ 2 การทำาโลหะทองแดงใหบ้รสิทุธิด้์วยวธิกีารอิเล็กโทรลิซสิ

การถลงุแรท่องแดงชื่อวา่ คาลโคไพไรด์ (CuFeS2) จะได้โลหะทองแดงที่บรสิทุธิ ์ 99 % เท่านัน้ ถ้าต้องการทำาใหบ้รสิทุธิข์ึ้นอีกต้องนำาโลหะทองแดงที่ได้นี้ไปผ่านกระบวนการอิเล็กโทรลิซสิ แยกมลทินในทองแดงออก

มลทินที่พบในโลหะทองแดงม ี 2 ชนิด คือ1. โลหะที่ถกูออกซไิดสง์่าย (พวกนี้มคี่า E0 ตำ่า ) เชน่ Zn , Fe2. โลหะท ี่ถกูออกซไิดซย์าก (พวกนี้มคี ่า E0 สงู ) เชน่ Pt , Au , Ag

การจดัเคร ื่องมอืดังรูป 2 ต่อ Cu ที่ไมบ่รสิทุธิเ์ขา้กับขัว้แอโนด และ Cu บรสิทุธิเ์ขา้กับขัว้แคโทด จุม่ขัว้ทัง้สองในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ CuSO4 ผสมกับ H2SO4 แล้วต่อใหค้รบวงจรกับ แบตเตอร ี ่ผ่านไฟฟา้กระแสตรงที่มศัีกยพ์อเหมาะลงไป จะพบวา่เกิดปฏิกิรยิาขัน้ที่ขัว้แ อ โ น ด แ ล ะ แ ค โ ท ด ด ัง น ี้

ขัว้แคโทด ; Cu2+ (aq) + 2e- Cu (s)ขัว้แอโนด ; เป ็นขัว้ท ี่ต ่อกับ Cu ไมบ่รสิทุธ ิ ์จะเกิดปฏิกิรยิา

ออกซเิดชนัขึ้น โดยโลหะ Cu และพวกที่เป็นมลทิน เชน่ Zn , Fe (ม ีค่า E0 ตำ่า ) จะใหอ้ิเล็กตรอนและเกิดเป็นไอออนบวก คือ Cu2+ ,

Page 6: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

Zn2+ , และ Fe2+ สว่นพวกมลทินที่ม ี E0 สงู เชน่ Ag , Pt , Au จะใหอิ้เล็กตรอนยาก จะตกเป็นตะกอนลงที่แอโนด เรยีกตะกอนของโลหะพวกนี้วา่ Anode mud

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

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

Fe (s) Fe2+ (aq) + 2e-

ไอออนบวกของโลหะที่เกิดจากแอโนดในสารละลาย คือ Zn2+ (E0 = -0.76 V) , Fe2+ (E0 = -0.41 V)ซึ่งมคี่า E0 ตำ่ากวา่ Cu2+ (E0 = +0.34 V) ดังนัน้จงึพบวา่ Cu2+ จะเขา้ไปรบัอิเล็กตรอนและเกิดปฏิกิรยิารดัีกชนัเป็นโลหะ Cu ที่แคโทดได้ดีกวา่ Zn2+ , และ Fe2+

ซึ่งรบัอิเล็กตรอนยากกวา่และมโีอกาสเกิดเป็นโลหะที่แคโทดได้น้อย จงึทำาใหโ้ลหะทองแดงที่แยกได้ที่ขัว้แคโทด มคีวามบรสิทุธิ ์ 99.95 %

H2SO4 ที่เติมลงไปจะมหีน้าที่ไปกัดกรอ่นให ้ Cu , Zn และ Fe เสยีอิเล็กตรอนเกิดเป็นไอออนเรว็และง่ายขึ้น

รูปที่ 3 แสดงเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ใชส้ำาหรบัการทำาโลหะทองแดงให้บรสิทุธิใ์นอุตสาหกรรม

ก. ก่อนการเกิดอิเล็กโทนลิซสิ

Page 7: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

ข. หลังการเกิดอิเล็กโทรลิซสิค. เซลล์อิเล็กโทรไลต์ในอุตสาหกรรมสำาหรบัการทำาโลหะ

ทองแดงใหบ้รสิทุธิด์้วยไฟฟา้

3. การทำาอิเล็กโทรลิซสิในการผลิตโลหะก. การผลิตโลหะอลมูเินียมปี ค.ศ. 1886 Charles Martin

เป็นนักศึกษาที่วทิยาลัย Oberlin ใน Ohio ประเทศสหรฐัฯ ได้ประดิษฐ ์เครื่องมอืเพื่อใชใ้นการทำาอิเล็กโทรลิซสิสำาหรบัผลิตอะลมูเินียม และในขณะเดียวกัน Paul Heroult ที่ประเทศฝรัง่เศสก็ค้นพบวธิกีารที่ทันสมยัในการผลิตอะลมูเินียมด้วยการอิเล็กโทรลิซสิในหอ้งปฏิบตัิการที่ปารสี

ขัน้ตอนการผลิตโลหะอลมูเินียมสามารถสรุปได้ดังนี้1. กระบวนการทำาแรบ่อกไซด์ใหบ้รสิทุธิ ์ เรยีก กระบวนการเบเยอร ์

โดยใชแ้รบ่อกไซด์ (Al2O3) ที่มมีลทินปน คือ Fe2O3 และ TiO2 จงึต้องแยกมลทินออกก่อน และเนื่องจาก Al2O3 เป็นสารแอมเฟอเทอรกิ (เป็นกรดและเบส) จงึนำาแรบ่อกไซด์ที่มมีลทินอยูด้่วยไปละลายในสารละลาย NaOH จะพบวา่ Al2O3 ละลายใน NaOH แต่มลทินเป็นออกไซด์ที่มสีมบตัิเป็นเบส ไมล่ะลายใน NaOH แล้วกรองตะกอนที่เป็นมลทินออก ดังนี้

Al2O3 (s) + 2OH- (aq) + 3H2O(l) 2[Al(OH)4]- (aq)

สารละลายที่ได้เจอืจางด้วยนำ้าแล้วเติมกรดใหเ้กิด Al(OH)3

ตกตะกอนดังน้ี[Al(OH)4]- (aq) + H3O+ (aq) Al(OH)3 (s) +

3H2O(l)กรองตะกอน Al(OH)3 เผาจะได้ Al2O3 บรสิทุธิ ์ คือ2 Al(OH)3 (s) Al2O3 (s) + 3H2O (g)

2. กระบวนการผลิต Al จากแรบ่อกไซด์(Al2O3 ) เรยีกวา่การถลงุ Al จากแรบ่อกไซด์ หรอื Hall - Heroult Process Al2O3

Page 8: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

มจีุดหลอมเหลวสงูมาก (2020 0C) และ Al2O3 หลอมเหลวจะนำา ไฟฟา้น้อย การอิเล็กโทรลิซสิ Al2O3 หลอมเหลวจงึไมเ่กิดขึ้น ดังนัน้จงึละลาย Al2O3 15% โดยมวลในสนิแรไ่ครโอไลต์ (Na3AlF6) เหลวที่อุณหภมูปิระมาณ 1000 0C จะได้สารละลายที่นำาไฟฟา้ได้ดี จากนัน้ก็นำาสารละลาย Al2O3 ในแรไ่ครโอไลต์เหลวไปแยกด้วยไฟฟา้ในเซลล์อิเล็กโทรไลต์ ที่อุณหภมู ิ 950 0C (ซึ่งตำ่ากวา่จุดหลอมเหลวของ Al2O3 ) ได้โลหะ Al ที่มคีวามบรสิทุธิ ์ 99.0 - 99.8 % ปฏิกิรยิาที่เกิดขึ้นที่ขัว้ไฟฟา้แอโนด และแคโทดเป็นดังน้ี

ที่แคโทด ; Al3+ + 3e- Al (s)ที่แอโนด ; 2O2- O2 (g) + 4e-

ปฏิกิรยิาสทุธ ิ ; 4Al3+ + 6O2- 4Al (l) + 3O2

(g)

รูปที่ 4 เซลล์อิเล็กโทรไลต์สำาหรบัผลิตอะลมูเินียม ใชข้ัว้แกรไ์ฟต์(C) ด้วยสารละลาย Al2O3 ในแรไ่คโอไลต์

เน่ืองจากการผลิต Al โดยการอิเล็กโทรลิซสิ ต้องใชพ้ลังงานสงูมากประมาณ 15,000 KWh ต่อ Al 1 ตัน จงึมคี่าใชจ้า่ยสงู ดังนัน้จงึนิยมนำาโลหะอะลมูเินียมที่ใชแ้ล้วกลับมาใชใ้หมม่ากกวา่ที่จะใชว้ธิกีารอิเล็กโทรลิซสิจากแรบ่อกไซด์

ข. การผลิตโลหะแมกนีเซยีมโลหะแมกนีเซยีม เป ็นโลหะที่มนี ำ้าหนักเบา มคีวามหนาแน่นต ำ่า

(1.74 g/cm3 ) แขง็แรงทนทาน ใชป้ระโยชน์ในการทำาโลหะผสม เชน่

Page 9: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

ผสมกับโลหะอะลมูเินียมสำาหรบัทำาปีกเคร ื่องบนิ ใชท้ำาไสห้ลอด ไฟแฟลชเพื่อใชใ้นการถ่ายรูป

แหล่งที่พบโลหะแมกนีเซยีม เกิดจากแรค่ารบ์อเนต และเกลือในนำ้าทะเล โดยในนำ้าทะเลพบวา่ม ี Mg อยู ่ 0.13%

ขัน้ตอนการผลิตโลหะแมกนีเซยีม

รูปที่ 5 แผนภาพแสดงขัน้ตอนต่าง ๆ ในอุตสาหกรรมการผลิตแมกนีเซยีมจาก Mg2+ ไอออนจากนำ้าทะเล

เมื่อนำานำ้าทะเลมาเติมเบส (Ca(OH)2 ) จะพบวา่ Mg2+ ในนำ้าทะเลจะตกตะกอนอยูใ่นรูป Mg(OH)2 ดังน้ี

Ca(OH)2 (s) + Mg2+ (aq) Ca2+ (aq) + Mg(OH)2 (s)

แล้วล้างตะกอน Mg(OH)2 (s) ออกนำาไปทำาปฏิกิรยิาสะเทินกับกรด HCl จากนัน้ระเหยนำ้าออกจะได้ของแหง้ MgCl2 ทำาให ้ MgCl2

หลอมเหลวแล้วผ่านไฟฟา้กระแสตรงลงไปในเซลล์ ภายใต้บรรยากาศของก๊าซเฉื่อยจะได้ Mg เหลวออกมา พรอ้มกับก๊าซ Cl2 ปฏิกิรยิาที่เกิดขึ้นเป็นดังนี้

Mg(OH)2 (s) + 2[ H+ (aq) + Cl- (aq) ] Mg2+

(aq) + 2Cl- (aq) + 2H2OMg2+ (aq) + 2Cl- (aq) + 2H2O กระเหยนำ้าออ MgCl2

(s)

Page 10: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

MgCl2 (s) หลอมเหลว MgCl2 (l)MgCl2 (l) ิซิสิอิเล็กโทรล Mg (s) + Cl2 (g)

รูปที่ 6 เซลล์อิเล็กโทรไลต์สำาหรบัการแยก MgCl2 ที่หลอมเหลวด้วยไฟฟา้ โลหะ Mg จะเกิดที่แคโทดลอยอยูบ่น MgCl2 ที่เหลว และถกูแยกออกเป็นระยะ ๆ สว่นก๊าซ Cl2 เกิดรอบ ๆ แกรไ์ฟต์ ซึ่งเป็นแอโนด

ผ่านท่อเล็ก ๆ แยกออกไปปฏิกิรยิาที่เกิดขึ้นสามารถแสดงได้ดังน้ี

ที่ขัว้แอโนด (แกรไ์ฟต์) ; 2Cl- (l) Cl2 (g) + 2e-

ที่ขัว้แคโทด ; Mg2+ (l) + 2e- Mg (s)ปฏิกิรยิาสทุธ ิ ; Mg2+ (l) + 2Cl- (l) Mg (s) +

Cl2 (g)ในอุตสาหกรรมการผลิตโลหะแมกนีเซยีม แมกนีเซยีม 1 กิโลกรมั

ต้องใชพ้ลังงาน 300 MJ ดังนัน้จงึต้องมคี่าใชจ้า่ยสงู จงึนิยมนำาโลหะแมกนีเซยีมที่ใชแ้ล้วกลับมาใชใ้หมม่ากกวา่ เพราะประหยดั พลังงานและ ค่าใชจ้า่ยได้มากกวา่ (แมกนีเซยีมที่น ำากลับมาใชใ้หม ่ 1 กิโลกรมัใช ้พ ล ัง ง า น เ พ ยี ง 7 MJ )

ค. การผลิตโลหะโซเดียมโลหะโซเดียมมจุีดหลอมเหลว( 97.8 0 C) และความหนาแน่น

ตำ่า (0.97 g/cm3) มคีวามวอ่งไวทางเคมสีงู ปัจจุบนัใชโ้ซเดียมสำาหรบัเป็นสารหล่อเยน็ในเครื่องปฏิกรณ์ปรมาณู และใชเ้ป็นตัวรดีิวซใ์นการเตรียมโลหะไททาเนียม (Ti) และโซเดียมเปอรอ์อกไซด์ นอกจากนัน้ยงัใชไ้อของโซเดียมบรรจุในหลอดไฟเพื่อใหเ้ป็นไฟสเีหลือง

Page 11: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

ในปี ค.ศ. 1807 Sir Humphrey Davy เป็นคนแรกที่แยก Na จากการอิเล็กโทรลิซสิ NaOH ต่อมาในปี ค.ศ. 1833 Faraday และคณะได ้แยก Na จากการอ ิเล ็ก โทรล ิซ สิ NaCl หลอมเหลว แต่อยา่งไรก็ตามวธิกีารนี้ไมใ่ชใ้นการผลิตโลหะโซเดียมในอุตสาหกรรม จนกระทัง่ปี ค.ศ. 1921 จงึมกีารผลิตโลหะโซเดียมในอุตสาหกรรมโดยใช ้ Down cell โดย Du Pont Chemical Company

อุตสาหกรรมการผลิตโซเดียมเมื่อผ่านกระแสไฟฟา้ลงไปใน NaCl ที่หลอมเหลว จะเกิด

ปฏิกิรยิาขึ้นดังนี้ที่ขัว้แอโนด ; 2Cl- (l) Cl2 (g) + 2e-

ที่ขัว้แคโทด ; 2Na + (l) + 2e- 2Na (l)ปฏิกิรยิาสทุธ ิ ; 2Na+ (l) + 2Cl- (l) 2Na (l) + Cl2

(l)

รูปที่ 7 แสดงแรงดึงดดูระหวา่งประจุตรงกันขา้มที่เกิดจาก Na+

ไอออนเคล่ือนเขา้หาขัว้ลบ (แคโทด) และ Cl- ไอออนเคล่ือนเขา้หาขัว้บวก (แอโนด)

ก. Na+ เคลื่อนเขา้ไปรบัอิเล็กตรอนกลายเป็นอะตอม Na ที่เป็นกลางที่ขัว้แคโทด

ข. Cl- เคล่ือนที่เขา้ไปใหอิ้เล็กตรอนแล้วกลายเป็นอะตอม Cl ที่เป็นกลาง แล้วรวมตัวกันเป็นโมเลกลุ Cl2 ของก๊าซที่แอโนด (ขัว้บวก)

Page 12: เคมี 5 - WordPress.com · Web viewCu Cu 20% CuSO4 , 7% H2SO4 การช บโลหะเพ อความสวยงาม Ag Ag 4% AgCN , 4% KCN , 4% K2CO3 ภาชนะต

รูปที่ 8 Downs cell สำาหรบัผลิต Na และ Cl2 จาก NaCl หลอมเหลวด้วยกระบวนการอิเล็กโทรลิซสิ