การทดลองการแยกสลายด้วยไฟฟ้า (Electrolysis) เป็นการทดลองที่ได้สร้างขึ้นเพื่อศึกษาการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นโดยสารอิเล็กโทรไลต์ในที่นี้ คือ โซเดียมไบคาร์บอเนตหรือผงฟู (NaHCO3) โดยใช้วัสดุ อุปกรณ์และสารเคมีที่สามารถได้ในชีวิตประจำวัน พร้อมทั้งให้นักเรียนได้สังเกตการเปลี่ยนแปลง พร้อมทั้งร่วมกันอภิปรายในชั้นเรียนในบทเรียน เรื่อง เคมีไฟฟ้า เพื่อให้นักเรียนได้ทำการทดลองและลงมือปฏิบัติจริง

วัสดุ อุปกรณ์และสารเคมี

1. โซเดียมไบคาร์บอเนตหรือผงฟู (NaHCO3)

2. ดินสอไม้ จำนวน 2 แท่ง

3. แบตเตอรี่ขนาด 9 V จำนวน 1 ชุด

4. สายไฟ จำนวน 2 เส้น

5. กระดาษลูกฟูกขนาด 10x10 cm^2 จำนวน 1 แผ่น

6. แก้วพลาสติก จำนวน 1 ใบ

7. น้ำสะอาด

(ที่เห็นเป็นสารละลายใสสีฟ้านั้น ผมใส่น้ำอัญชันลงไปด้วย 555555)

กำหนดตัวแปร

ตัวแปรต้น คือ สารละลายอิเล็กโทรไลต์

ตัวแปรตาม คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นบริเวณขั้วไฟฟ้า

ตัวแปรควบคุม คือ ชนิดของขั้วไฟฟ้า ความต่างศักย์ที่ใช้ในการทดลอง ความเข้มข้นของสารละลายอิเล็กโทรไลต์

วิธีการทดลอง

• เตรียมสารละลายโซเดียมไบคาร์บอเนต โดยตักโซเดียมไบคาร์บอเนต 1 ช้อน ละลายลงในน้ำสะอาดครึ่งแก้ว
• เตรียมขั้วไฟฟ้า โดยใช้ดินสอไม้จำนวน 2 แท่ง มาเหลาให้เหลือเพียงแค่ใส้ดินสอ ดังภาพตัวอย่าง
• เจาะกระดาษลูกฟูก 2 รู เพื่อใส่ดินสอไม้ที่ทำการเหลาแล้ว โดยให้ใส้ดินสอทั้งสองแท่งจุ่มลงในสารละลายโซเดียมไบคาร์บอเนตที่เตรียมไว้ทั้งหมด
• ต่อสายไฟและแบตเตอรี่ โดยต่อสายไฟที่บริเวณขั้วบวกกับดินสอไม้แท่งที่หนึ่ง และต่อสายไฟที่บริเวณขั้วลบกับดินสอไม้แท่งที่สอง
• สังเกตการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้น

วีดิโอการทดลอง youtu.be/1hRgsW_zXEM

ผลการทดลอง

• แท่งดินสอที่ต่อด้วยสายไฟกับขั้วลบ (ขั้วแคโทด) ของแบตเตอรี่ เกิดฟองแก๊สบริเวณรอบไส้ดินสอ ขนาดเล็ก ไม่ละลายน้ำ
• แท่งดินสอที่ต่อด้วยสายไฟกับขั้วบวก (ขั้วแอโนด) ของแบตเตอรี่ เกิดฟองแก๊สบริเวณรอบไส้ดินสอ ขนาดใหญ่กว่าเมื่อเทียบกับเกิดฟองแก๊สที่เกิดบริเวณรอบไส้ดินสอที่ต่อกับขั้วลบ ไม่ละลายน้ำ

บริเวณขั้วแคโทด จะมีไอออนและโมเลกุลของ Na+ และ H2O ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานรีดักชันของ Na+ และ H2O และสมการเคมี คือ

Na+ (aq) + e- ---> Na (s)                       

; E0 = -2.71 V

2H2O (l) + 2e- ---> H2 (g) + 2OH- (aq)   

; E0 = -0.83 V

จากการทดลองจะเกิดฟองแก๊สบริเวณขั้วแคโทด แสดงว่า ฟองแก๊สที่เกิดขึ้น คือ แก๊สไฮโดรเจน (H2)

บริเวณขั้วแอโนด จะมีไอออนและโมเลกุลของ HCO3- และ H2O ค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานรีดักชันของ HCO3- และ H2O และสมการเคมี คือ

(1/2)O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e- ---> H2O (l)

; E0 = +1.23 V

เนื่องจากไม่มีปฏิกิริยารีดักชัน ที่ทำให้เกิด HCO3- เป็นผลิตภัณฑ์ จึงไม่มีค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานรีดักชันของ HCO3-

จากการทดลองจะเกิดฟองแก๊สบริเวณขั้วแอโนด แสดงว่า ฟองแก๊สที่เกิดขึ้น คือ แก๊สออกซิเจน (O2)

ปฏิกิริยารวมของการแยกสลายสารละลายโซเดียมไบคาร์บอเนตด้วยไฟฟ้า 

แคโทด :

2H2O (l) + 2e- ---> H2 (g) + 2OH- (aq)

แอโนด :

H2O (l) ---> O2 (g) + 2H+ (aq) + 2e-

ปฏิกิริยารวม :

H2O (l) ---> O2 (g) + H2 (g) 

ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์อิเล็กโทรลิติกที่เกิดขึ้น

E0(cell) = E0(cathode) – E0(anode)

E0(cell) = -0.83 V - 1.23 V

E0(cell) = -2.06 V

สุดท้ายนี้ การทดลอง ถือเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้สำหรับการเรียนในวิชาเคมี มาสร้างห้องเรียนเคมีที่มีสีสันและความสนุกสนานไปด้วยกันนะครับ