ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (standard cell potential) คือ ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกในสภาวะมาตรฐาน (25 °C, ความดัน 1 atm, 1 M ของสารละลายอิเล็กโทรไลต์) ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์สามารถคำนวณได้จากสมการดังนี้
1 | Ecell = Ecathode - Eanode |
โดยที่
- Ecell คือ ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์
- Ecathode คือ ศักย์ไฟฟ้าของขั้วแคโทด
- Eanode คือ ศักย์ไฟฟ้าของขั้วแอโนด
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์สามารถหาได้จากค่าศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชัน (standard reduction potential) ของครึ่งเซลล์ที่ขั้วแคโทดและขั้วแอโนด ดังสมการต่อไปนี้
1 | Ecell = E°(cathode) - E°(anode) |
โดยที่
- E°(cathode) คือ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชันที่ขั้วแคโทด
- E°(anode) คือ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชันที่ขั้วแอโนด
ตัวอย่าง
พิจารณาเซลล์กัลวานิกที่ประกอบด้วยขั้วแอโนดเป็นสังกะสี (Zn) และขั้วแคโทดเป็นทองแดง (Cu) สารละลายอิเล็กโทรไลต์เป็นกรดซัลฟิวริก (H2SO4) สะพานเกลือเป็นเจลของเจลาติน
จากตารางศักย์มาตรฐานของครึ่งเซลล์ ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชันที่ขั้วแคโทดของทองแดง (Cu) มีค่าเท่ากับ +0.34 V และศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของครึ่งเซลล์รีดักชันที่ขั้วแอโนดของสังกะสี (Zn) มีค่าเท่ากับ -0.76 V
ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ (Ecell) เท่ากับ
1 | Ecell = E°(cathode) - E°(anode) |
1 | Ecell = +0.34 V - (-0.76 V) |
1 | Ecell = 1.1 V |
หมายความว่า เซลล์กัลวานิกชนิดนี้สามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้ 1.1 V
ประโยชน์ของศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์มีประโยชน์ในหลายด้าน เช่น
- ใช้คำนวณหาพลังงานศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ (cell energy)
- ใช้เปรียบเทียบประสิทธิภาพของเซลล์เคมีไฟฟ้าชนิดต่างๆ
- ใช้ระบุทิศทางของกระแสไฟฟ้าในเซลล์
สรุป
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์ คือ ศักย์ไฟฟ้าที่เกิดจากปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิกในสภาวะมาตรฐาน ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์สามารถคำนวณได้จากสมการ Ecell = Ecathode - Eanode โดยที่ Ecell คือ ศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ Ecathode คือ ศักย์ไฟฟ้าของขั้วแคโทด Eanode คือ ศักย์ไฟฟ้าของขั้วแอโนด
ศักย์ไฟฟ้ามาตรฐานของเซลล์มีประโยชน์ในหลายด้าน เช่น คำนวณหาพลังงานศักย์ไฟฟ้าของเซลล์ เปรียบเทียบประสิทธิภาพของเซลล์เคมีไฟฟ้าชนิดต่างๆ และระบุทิศทางของกระแสไฟฟ้าในเซลล์