ลิงค์กลับไปยังบล็อกกลุ่ม

ลิงค์กลับไปยังบล็อกกลุ่ม  http://m311blog.blogspot.com/

โครงานเซลล์กัลป์วานิกส์จากน้ำทะเล

ตัวอย่างโครงงานสื่อพัฒนาเพื่อการศึกษา

                          โครงงานวิทยาศาสตร์ 

โครงงานวิทยาศาสตร์ (ประเภททดลอง)

เรื่อง เซลล์กัลป์วานิกส์จากน้ำทะเล

โดย

เด็กชายนูรูดดีน พัดเย็นใจ

เด็กชายสหชาติ เนียมแก้ว

เด็กชายวทัญญู ศรีอุดรไพร

ชั้นมัธยมศึกษาปีที่ 3

โรงเรียนบ้านเนินพลับหวาน

ครูที่ปรึกษา

นางสาวณัทลาวัลย์ สารสุข

บทคัดย่อ

โครงงานวิทยาศาสตร์เรื่อง “เซลล์กัลวานิกส์จากน้ำทะเล” เป็นโครงงานที่ศึกษาการผลิตกระแสไฟฟ้าโดยใช้ทฤษฎีทางไฟฟ้าเคมี ขั้วไฟฟ้าหรืออิเล็กโทรดที่ใช้ ได้แก่ ขั้วสังกะสีและขั้วทองแดง และใช้สารละลายที่นำไฟฟ้าได้หรือสารละลายอิเล็กโทรไลต์ เป็นสารละลายกรดซัลฟิวริก โดยมีจุดมุ่งหมายเพื่อทดลองปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขณะเซลล์กัลป์วานิกส์ทำงาน โดยใช้น้ำทะเลแทนสารละลาย กรดซัลฟิวริกเพื่อความประหยัดและปลอดภัยในขณะที่ทำการทดลอง โดยแบ่งการทดลองเป็น 5 ขั้นตอน คือ การทดลองการเกิดเซลล์ไฟฟ้าเคมีโดยใช้สารละลายกรดซัลฟิวริกและน้ำทะเลเป็นสารละลาย อิเล็กโทรไลต์ 
จากผลการทดลองพบว่าน้ำทะเลมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์กัลวานิก นั่นคือเมื่อจุ่ม แผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีลงในน้ำทะเลจะเกิดปฏิกิริยาเคมี และเมื่อต่อแอมมิเตอร์เข้ากับแผ่นโลหะ ทั้งสอง จะมีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น โดยสังเกตจากการเบนของเข็มของแอมมิเตอร์ นี่คือหลักการของเซลล์ไฟฟ้าเคมี

กิตติกรรมประกาศ

รายงานโครงวิทยาศาสตร์เรื่อง “เซลล์กัลวานิกส์จากน้ำทะเล” คณะผู้จัดทำได้ศึกษาและทดลองเกี่ยวกับปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขณะเซลล์กัลวานิกส์ทำงาน โดยใช้น้ำทะเลแทนสารละลายกรดซัลฟิวริก เพื่อประหยัดและปลอดภัยในการทำการทำลอง คณะผู้จัดทำได้รับความแนะนำช่วยเหลือดูแลตลอด การทดลองเป็นอย่างดีจากครูที่ปรึกษาโครงงาน และคุณครูกลุ่มสาระการเรียนรู้วิทยาศาสตร์ โรงเรียน บ้านเนินพลับหวานทุกท่าน ที่ให้ความช่วยเหลือจัดหาแนะนำเอกสารที่เกี่ยวกับการทำโครงงานวิทยาศาสตร์ รวมทั้งการให้กำลังใจส่งเสริมการทำโครงงานจาก นายประทีป ศรีรักษา ผู้อำนวยการโรงเรียนบ้านเนินพลับหวาน จึงขอกราบขอบพระคุณท่านมา ณ ที่นี้ด้วย

บทที่ 1

บทนำ

1. ความสำคัญและที่มาของโครงงาน

ในปัจจุบันกิจกรรมต่างๆ ที่มนุษย์ต้องทำในชีวิตประจำวันแล้วแต่ต้องใช้พลังงานเป็นองค์ประกอบทั้งสิ้นไม่ว่าจะเป็นพลังงานไฟฟ้า พลังงานจากปิโตรเลียม เป็นต้น ทั้งที่มนุษย์จำเป็นต้องใช้ประโยชน์จากพลังงานอย่างมหาศาล แต่กลับไม่มีการบำรุงรักหรือหาแหล่งพลังงานทดแทนกันมากเท่าที่ควร ทำให้พลังงานที่มีเหลืออยู่กำลังจะไม่เพียงพอต่อการใช้งานของมนุษย์ โดยเฉพาะพลังงานจากปิโตรเลียมซึ่งเป็นแหล่งพลังงานที่สำคัญที่สุดในปัจจุบันและยังเป็นแหล่งพลังงานที่เหลืออยู่น้อยที่สุดอีกด้วย ด้วยเหตุนี้ทำให้นักวิทยาศาสตร์และบุคลากรด้านอื่นจำนวนมาก ได้ทุ่มเทกำลังเพื่อที่จะหาแนวทางแก้ปัญหาการขาดแคลนพลังงานที่จะเกิดขึ้นในอนาคต ซึ่งทางหนึ่งที่มีคนเห็นด้วยเป็นจำนวนมาก นั่นคือการหาแหล่งพลังงานทดแทน ได้แก่พลังงานจากเซลล์แสงอาทิตย์ พลังงานจากน้ำ(เขื่อน) พลังงานลม และพลังงานจาก ปฏิกิริยาเคมี

สิ่งที่คณะผู้จัดทำเลือกมาศึกษาได้แก่ พลังงานจากปฏิกิริยาเคมี ซึ่งพลังงานจากปฏิกิริยาเคมีก็มีหลายประเภท และหนึ่งในนั้น ก็คือปฏิกิริยาไฟฟ้าเคมี ซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดักชั่น

เหตุที่เลือกศึกษาน้ำทะเลเนื่องจากโรงเรียนบ้านเนินพลับหวาน ตั้งอยู่ในภูมิภาคที่อยู่ติดกับทะเล จึงง่ายต่อการดำเนินการทดลอง เพราะถ้าใช้สารที่เป็นอันตรายในการทำการทดลองต้องระมัดระวัง เป็นอย่างมาก เพื่อให้เกิดความปลอดภัยในขณะที่ทำการทดลอง คณะผู้จัดทำจึงต้องค้นหาสิ่งที่ทดแทน สารที่เป็นอันตรายเหล่านั้น ที่สะดวก ประหยัดและปลอดภัยที่สุด น้ำทะเลจึงเป็นสิ่งที่คณะผู้จัดทำโครงงานสนใจศึกษา เพราะส่วนประกอบหลักที่พบมากในน้ำทะเล คือ โซเดียมคลอไรด์ ทำให้ผู้วิจัยมีสมมติฐานว่าน้ำทะเลมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์กัลวานิกส์ จึงมีความสนใจที่จะนำมาทดลองต่อไป

2. จุดมุ่งหมาย / วัตถุประสงค์ของโครงงาน 

ทดลองปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขณะเซลล์กัลป์วานิกส์ทำงานโดยใช้น้ำทะเลแทนสารละลายกรดซัลฟิวริก เพื่อประหยัดและปลอดภัย

3. สมมติฐานการวิจัย

น้ำทะเลมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์กัลป์วานิกส์

4. ขอบเขตของการศึกษาค้นคว้า

การทดลองการเกิดกระแสไฟฟ้าขณะเซลล์กัลป์วานิกส์ทำงานโดยใช้น้ำทะเล

5. ตัวแปรที่ศึกษา

ตัวแปรต้น 

- น้ำทะเลทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขณะเซลล์กัลป์วานิกส์ทำงาน

ตัวแปรตาม 

- น้ำทะเลมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมี ทำให้เกิดกระแสไฟฟ้าขณะเซลล์กัลวานิกส์ทำงาน

ตัวแปรควบคุม

- ขนาดของแผ่นสังกะสี และแผ่นทองแดง

- ขนาดของบีกเกอร์

- ปริมาณน้ำทะเลที่นำมาทดลอง

- ปริมาณกรดซัลฟิวริกที่นำมาทดลอง

บทที่ 2เอกสารที่เกี่ยวข้อง

1. ประเภทและส่วนประกอบของเซลล์ไฟฟ้าเคมี 

เซลล์ไฟฟ้าเคมี (Ealvanic cell) คืออุปกรณ์ทางเคมีที่เกิดจากการเปลี่ยนแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า หรือพลังงานไฟฟ้าเป็นพลังงานเคมี แบ่งออกเป็น 2 ประเภท เซลล์กัลป์วานิกส์และ เซลล์อิเล็กโทรไลต์ 

เซลล์กัลวานิกหรือเซลล์วอลเตอิก ( Galvanic Cells or Voltaic Cell) 

คือเซลล์ไฟฟ้าเคมีหรือระบบที่ทำหน้าที่เปลี่ยนพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้า โดยภายในเซลล์เกิดปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารหนึ่งไปอีกสารหนึ่ง(ปฏิกิริยารีดอกซ์) โดยที่สารตั้งต้นไม่ได้สัมผัสกันโดยตรง ทำให้การไหลของอิเล็กตรอนผ่านตัวนำอย่างต่อเนื่อง จึงเกิดกระแสไฟฟ้าไหลในวงจร

เซลล์กัลวานิก ประกอบด้วยสองครึ่งเซลล์ แต่ละครึ่งเซลล์มักประกอบด้วยโลหะ ซึ่งเป็นขั้วไฟฟ้าจุ่มอยู่ในสารละลายของไอออนของโลหะนั้น ทำหน้าที่เป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แต่ในบางครึ่งเซลล์ประกอบด้วยอโลหะกับอโลหะไอออน หรือไอออนสองชนิด กรณีนี้มักใช้ขั้วเฉื่อย เป็นขั้วไฟฟ้า เพราะอโลหะหรือไอออนไม่สามารถเป็นขั้วไฟฟ้าได้ เช่น มีก๊าซ H2 อยู่ร่วมกับ H+ หรือ ก๊าซ Cl2 อยู่ร่วมกับ Sn4+ โดยมี Pt เป็นขั้วไฟฟ้า เป็นต้น (ขั้วไฟฟ้าเฉื่อย ไม่มีส่วนในการเกิดปฏิกิริยา รีดอกซ์ เพียงแต่ทำหน้าที่ให้กระแสอิเล็กตรอนหรือกระแสไฟฟ้าไหลผ่านเท่านั้น)

เซลล์กัลวานิก เป็นเซลล์ไฟฟ้าที่สามารถผลิตไฟฟ้าให้เกิดขึ้นได้เองด้วยปฏิกิริยารีดอกซ์

ในการศึกษาปฏิกิริยารีดอกซ์ เราใช้แผ่นโลหะจุ่มในสารละลายโดยตรง แต่ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี แผ่นโลหะที่จะเกิดปฏิกิริยากับสารละลาย จะอยู่ในภาชนะต่างกัน แล้วนำมาต่อเชื่อมกัน เชลล์ไฟฟ้าจึงประกอบด้วยภาชนะ 2 ใบ เรียกภาชนะแต่ละใบว่า ครึ่งเซลล์( Half Cell) 

ครึ่งเซลล์ คือแผ่นโลหะที่จุ่มในสารละลายของไอออนของโลหะนั้นหรือก๊าซที่พ่นลงในสารละลายของ ก๊าซนั้น แผ่นโลหะหรือก๊าซที่จุ่มอยู่ในสารละลายเรียกว่า ขั้วไฟฟ้า ขั้วไฟฟ้าจะมี 3 ชนิด 

1. ขั้วไฟฟ้าโลหะ คือ แผ่นโลหะที่จุ่มในสารละลายของไอออนของโลหะนั้น ขั้วโลหะจะทำหน้าที่ เกิดปฏิกิริยาและนำอิเล็กตรอน 

2. ขั้วไฟฟ้าก๊าซ คือ ก๊าซที่พ่นลงไปในสารละลาย ก๊าซจะทำหน้าที่ในการเกิดปฏิกิริยา แต่นำอิเล็กตรอนไม่ได้ จึงต้องใช้ร่วมกับขั้วไฟฟ้าเฉื่อย 

3. ขั้วไฟฟ้าเฉื่อย เป็นขั้วไฟฟ้าที่ช่วยนำอิเล็กตรอน แต่ไม่มีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยาต้องใช้ร่วมกับขั้วไฟฟ้าก๊าซ ขั้วไฟฟ้าเฉื่อย 

เมื่อนำครึ่งเซลล์ที่ต่างกัน 2 ครึ่งเซลล์ มาต่อเชื่อมเข้าด้วยกัน โดยเชื่อมวงจรภายในด้วยสะพานไอออนและเชื่อมวงจรภายนอกด้วยตัวต้านทาน จะเกิดการไหลของอิเล็กตรอนขึ้น อิเล็กตรอนไหลไป ทางใด เข็มโวลต์มิเตอร์จะเบนไปในทิศทางนั้น

จากรูปเซลล์กัลวานิกประกอบด้วยสองครึ่งเซลล์ โดยแต่ละครึ่งเซลล์จะประกอบด้วยขั้วไฟฟ้าที่จุ่มลงไปในสารละลาย แท่งสังกะสีและแท่งทองแดงในเซลล์เป็นขั้วไฟฟ้าซึ่งเรียกว่า อิเล็กโทรด (electrode) ขั้วที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชัน เรียกว่า ขั้วแอโนด (anode) และขั้วที่เกิดปฏิกิริยารีดักชัน เรียกว่า ขั้วแคโทด (cathode) 

ปฏิกิริยาออกซิเดชันที่แอโนด (Zn) Zn(s) → Zn 2+ (aq) + 2e - 

ปฏิกิริยารีดักชันที่แคโทด (Cu) Cu 2+ (aq) + 2e → - Cu(s) 

หมายเหตุ : ประจุที่สะสมจะทำให้ออกซิเดชันที่แคโทดและรีดักชันที่แอโนดเกิดยากขึ้น 

ระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันขึ้นที่ขั้วแอโนด Zn จะค่อย ๆ กร่อนแล้วเกิดเป็น Zn 2+ ละลายลงมาในสารละลายที่มี Zn 2+ และ SO 4 2- ส่วนที่ขั้วแคโทด Cu 2+ จากสารละลายเกิดปฏิกิริยารีดักชันกลายเป็นอะตอมของทองแดงเกาะอยู่ที่ผิวของขั้วไฟฟ้า เมื่อปฏิกิริยาดำเนินไปจะพบว่าในครึ่งเซลล์ออกซิเดชันสารละลายจะมีประจุบวก (Zn 2+ ) มากกว่าประจุลบ (SO 4 2- ) และในครึ่งเซลล์รีดักชันสารละลายจะมีประจุลบ (SO 4 2- ) มากกว่าประจุบวก (Cu 2+ ) จึงเกิดความไม่สมดุลทางไฟฟ้าขึ้น ปัญหานี้สามารถที่จะแก้ไขได้โดยการใช้ สะพานเกลือ (salt bridge) เชื่อมต่อระหว่างสองครึ่งเซลล์ ซึ่งสะพานเกลือทำจากหลอดแก้วรูปตัวยู ภายในบรรจุอิเล็กโตรไลต์ที่ไม่ทำปฏิกิริยากับสารในเซลล์และมีไอออนบวก ไอออนลบเคลื่อนที่ด้วยความเร็วใกล้เคียงกัน หรือทำจากกระดาษกรองชุบอิเล็กโตรไลต์ โดยสะพานเกลือทำหน้าที่เป็นตัวกลางที่เชื่อมต่อระหว่างครึ่งเซลล์ทั้งสอง และเป็นสิ่งที่ป้องกันการเกิดการสะสมของประจุโดยไอออนบวกจากสะพานเกลือจะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุลบมาก ในทางตรงกันข้ามไอออนลบก็จะเคลื่อนที่ไปยังครึ่งเซลล์ที่มีประจุมาก จึงทำให้ปฏิกิริยาดำเนินต่อไปได้ในเวลาที่มากขึ้น 

และเนื่องจากครึ่งเซลล์ทั้งสองเชื่อมต่อกับวงจรภายนอก ครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันสูงกว่าจะเกิดรีดักชัน และครึ่งเซลล์ที่มีศักย์รีดักชันต่ำกว่าจะ(ถูกบังคับให้)เกิดออกซิเดชัน ความต่างศักย์ระหว่างอิเล็กโทรดนี้ เรียกว่า แรงเคลื่อนไฟฟ้า (electromotive force: emf) และมีหน่วยเป็น โวลต์ (volt) 

แหล่งและส่วนประกอบของน้ำทะเล (Origin and compositon of seawater)

น้ำทะเลเป็นสารละลายที่ซับซ้อนของเกลือ โดยมีเกลือละลายอยู่ 3.5% โดยน้ำหนัก ถึงแม้ว่า เปอร์เซ็นต์ของเกลือในน้ำทะเลจะน้อย แต่เมื่อพิจารณาจากปริมาณจะพบว่าเป็นมหาศาลมาก ถ้าหากน้ำ ในมหาสมุทรระเหยไปหมด จะได้ชั้นเกลือหนาถึง 60 เมตร ค่าความเค็ม (salinity) เป็นสัดส่วนของเกลือที่ละลายกับน้ำบริสุทธิ์ ส่วนประกอบหลัก ที่พบมากในน้ำทะเล ได้แก่ sodium chloride (NaCl) ประมาณ 23.48 กรัม, magnesium chloride (MgCl2) ประมาณ 4.98 กรัม, sodium sulfate (NaSO4) ประมาณ 3.92 กรัม, calcium chloride (CaCl2) ประมาณ 1.10 กรัม potassium chloride (KCl) ประมาณ 0.66 กรัม และ sodium bicarbonate (NaHCO3) ประมาณ 0.192 กรัม จะพบว่าเกลือส่วนใหญ่เป็น sodium chloride สารประกอบ 5 ตัวแรก รวมกันจะมีปริมาณประมาณ 99% ของเกลือที่อยู่ในน้ำทะเล และสารประกอบทั้ง 5 ตัว จะประกอบด้วยธาตุเพียง 7 ชนิดเท่านั้น ธาตุเหล่านี้มีความสำคัญมากต่อการรักษาสภาพแวดล้อม ทางเคมีสำหรับสิ่งมีชีวิตในทะเล 

บทที่ 3อุปกรณ์และวิธีดำเนินการศึกษา

1.วัสดุอุปกรณ์และสารเคมีที่ใช้

1. บีกเกอร์ขนาด 250 cm3 2 ใบ

2. สารละลายกรดซัลฟิวริก 200 cm3 

3. สายไฟพร้อมแจ็คและคลิปปากจระเข้ 1 ชุด

4. โวลต์มิเตอร์ 2 เครื่อง

5. กระดาษทราย 1 แผ่น

6. แผ่นทองแดง ขนาด 2 cm x 7 cm 2 แผ่น

7. แผ่นสังกะสี ขนาด 2 cm x 7 cm 2 แผ่น

8. น้ำทะเล 1 ลิตร

2. วิธีดำเนินการ

1. ใช้กระดาษทรายขัดแผ่นทองแดงและแผ่นสังกะสีให้สะอาด

2. บีกเกอร์ที่ 1 เทกรดซัลฟิวริกลงในบีกเกอร์ 100 cm3 จุ่มปลายด้านหนึ่งของแผ่นโลหะทั้งสอง ลงในบีกเกอร์ ส่วนปลายอีกด้านพาดกับปากบีกเกอร์ 

3. ต่อสายไฟทั้งสองเส้นเข้ากับปลายโลหะที่โผล่พ้นบีกเกอร์ขึ้นมา ส่วนอีกปลายหนึ่งของสายไฟเสียบติดกับโวลต์มิเตอร์ สังเกตการเบนของเข็มของโวลต์มิเตอร์

4. ทำการทดลองเหมือนข้อ 2 และ 3โดยใช้น้ำทะเลแทนกรดซัลฟิวริก

บทที่ 4ผลการดำเนินการ

ตารางบันทึกผลการทดลอง

สารละลายอิเล็กโทรไลต์ การเปลี่ยนแปลงของเข็มของโวลต์มิเตอร์

เข็มเบน เข็มไม่เบน

1. สารละลายกรดซัลฟิวริก  

2. น้ำทะเล  

บทที่ 5สรุปผลการดำเนินการ/อภิปรายผลการดำเนินการ

อภิปรายผลการดำเนินการ

ในการทดลองเรื่องเซลล์กัลป์วานิกส์จากน้ำทะเล เมื่อใช้เมื่อใช้น้ำทะเลเป็นสารละลายอิเล็กโทรไลต์ แทนสารละลายกรดซัลฟิวริกของเซลล์กัลวานิกส์ ปรากฏว่ามีกระแสไฟฟ้าเกิดขึ้น ซึ่งสังเกตจากการเบนของเข็มของโวลต์มิเตอร์

สรุปผลการดำเนินการ

น้ำทะเลมีผลต่อการเกิดปฏิกิริยาเคมีของเซลล์กัลวานิกส์ ซึ่งทำให้เกิดกระแสไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขณะเซลล์กัลป์วานิกส์ทำงานโดยใช้น้ำทะเลแทนสารละลายกรดซัลฟิวริก เพื่อประหยัดและปลอดภัย

ประโยชน์ที่ได้รับจากโครงงาน

1. ประหยัดและปลอดภัย

2. เกิดทักษะกระบวนการทางด้านวิทยาศาสตร์

ข้อเสนอแนะ

อยากให้ทำการทดลองต่อไป โดยอยากให้ทำการทดลองโดยใช้สารอื่นทดลองแทนน้ำทะเล

อ้างอิง  http://nattalawan-sweet.blogspot.com/2010/09/km.html

profile

ประวัติส่วนตัว

ชื่อ ด.ญ.ฐิติพร  ทองนันทคุณ

ชื่อเล่น ฝน

วัน/เดือน/ปีเกิด วันพุธที่ 7  มีนาคม   พ.ศ.2544
อายุ   14 ปี

สีทีชอบ สีฟ้า สีขาว

อาหารที่ชอบ ขนมหวาน

การ์ตูนที่ชอบ  คุโรโกะ โนะ บาสเก็ต

แนวเพลงที่ชอบ pop , r&b

งานอดิเรก อ่านนิยาย 

facebook: Thitiporn  Thongnantakun

e-mail: fonnaa4466@gmail.com

อาชีพในฝัน วิศวกร

ไอดอล พี่บี้ สุกฤษฎิ์

คติประจำใจ ไม่มีสิ่งไหนที่ทำไม่ได้ ถ้าหากยังไม่ได้ลองทำ