Elektrokemi er en gren af den kemiske videnskab, der overvejer systemer og interfasegrænser , når en elektrisk strøm strømmer gennem dem , processer i ledere , på elektroder (fra metaller eller halvledere , inklusive grafit ) og i ionledere ( elektrolytter ) studeres. Elektrokemi udforsker processerne for oxidation og reduktion, der finder sted på rumligt adskilte elektroder, overførsel af ioner og elektroner . Direkte ladningsoverførsel fra molekyle til molekyle betragtes ikke i elektrokemi.
Det 16. århundrede markerer begyndelsen på studiet af elektricitet. I 17 år har den engelske videnskabsmand William Gilbert studeret magnetisme og til dels elektricitet. Hans forskning havde en enorm indflydelse på udviklingen af viden om magnetisme og elektricitet. Han blev kendt som "magnetismens fader".
I 1663 skabte den tyske fysiker Otto von Guericke den første elektriske generator, der genererer statisk elektricitet gennem friktion. Generatoren var en glaskugle med et håndtag dækket af et tykt lag svovl. Bolden blev drejet i hånden, og når den blev gnedet mod fingerspidserne, blev der dannet en elektrisk gnist. Den ladede kugle blev brugt i eksperimenter med elektricitet.
I midten af det 18. århundrede konkluderede den franske fysiker Charles Francois Dufay (Charles François de Cisternay du Fay), at der var to typer statisk elektricitet. Han udtrykker den opfattelse, at elektricitet består af to "væsker" : positive og negative. I modsætning til denne teori , foreslår B. Franklin , at statisk elektricitet består af én "væske", og ladningen forklares med et overskud eller mangel på sådan en væske.
I 1781 udlægger Charles Augustin Coulomb (Charles-Augustin de Coulomb) "Coulombs lov" , der beskriver samspillet mellem ladede kroppe.
En stor impuls til udviklingen af elektrokemi blev givet ved eksperimenterne i 1771 af den italienske anatom og fysiolog Luigi Galvani med musklerne fra en dissekeret frø. Galvani opdagede, at når to forskellige metaller forbundet med en leder påføres musklerne, trækker frøens muskler sig sammen. I 1791 hans værk med titlen "De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius" ("Afhandling om elektricitetskræfterne i muskelbevægelser"), hvor Galvani taler om eksistensen af "Animal Electricity", som aktiveres i muskler og nerver, når to metaller påføres dem. Dette arbejde blev en sensation. Han mente, at denne nye kraft var en form for elektricitet ud over den "naturlige" form frembragt af lynnedslag frembragt af den elektriske ål, og den "unaturlige" form frembragt af friktion (statisk elektricitet). Det menes, at der i Galvanis værker for første gang er en antagelse om forholdet mellem kemiske reaktioner og elektricitet. 1791 betragtes som elektrokemiens "fødselsdag". Mange videnskabsmænd accepterede Galvanis teori, men A. Volta (Alessandro Volta) var imod den. Volta mener, at muskler kun er ledere af elektrisk strøm, men er ikke dens kilde. Derefter demonstrerer Galvani et eksperiment, hvor musklerne trak sig sammen, når et metal blev påført dem, såvel som uden metal - når femoralisnerven var forbundet med musklen. A. Volta har studeret organerne af ål og stråler, der genererer elektricitet i 8 år. Resultatet af hans forskning var fremstillingen i 1799 af den første kemiske strømkilde - "voltaisk søjle" . Det var en ekstremt vigtig (længe før fremkomsten af generatorer ) kilde til elektrisk strøm, som bidrog til fremkomsten af mange opdagelser, især den første produktion i 1808-1809. Engelsk videnskabsmand Humphry Davy (Humphry Davy) i ren form af metaller som natrium , kalium , barium , strontium , calcium og magnesium .
I slutningen af det XVIII århundrede. Den tyske fysiker Wilhelm Ritter (Johann Wilhelm Ritter) skriver artiklen "Galvanisme" og skaber en simpel akkumulator . Sammen med W. Nicholson udfører de nedbrydningen af vand til brint og oxygen ved elektrolyse . Kort efter udvikler W. Ritter galvaniseringsprocessen . Han bemærker, at mængden af aflejret metal, såvel som mængden af dannet ilt, afhænger af afstanden mellem elektroderne. I 1801 observerer Ritter termoelektrisk strøm og overlader sit studie til Thomas Seebeck (Thomas Johann Seebeck).
I 1820 opdagede H. K. Ørsted den magnetiske virkning af elektrisk strøm, som var en skelsættende opdagelse. André -Marie Ampère gentager Ørsteds eksperiment og beskriver det matematisk.
I 1821 demonstrerer den tysk-estiske fysiker T. Seebeck udseendet af et termoelektrisk potentiale i forbindelsespunktet mellem to forskellige metaller, i nærvær af en temperaturforskel på dette tidspunkt.
I 1827 præsenterer den tyske videnskabsmand Ohm (Ohm, Georg Simon) sin lov i den berømte bog Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet" (galvanisk kredsløb, matematisk behandling) og beskriver fuldstændigt sin teori om elektricitet.
I 1832 opdagede den berømte engelske fysiker Michael Faraday elektrolyselovene og introducerede begreber som elektrode , elektrolyt , anode , katode , anion , kation .
I 1836 opretter D. Daniel en primær strømkilde. Daniel beskæftiger sig med problemet med polarisering. I 1839 skabte den engelske fysiker William Robert Grove (Grove) den første brændselscelle . I 1866 patenterede franskmanden Georges Leclanché et nyt element - zink-carbon galvanisk celle .
I 1884 udgav Svante August Arrhenius sin afhandling "Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytesc" (Forskning om elektrolytters galvaniske ledningsevne). Han siger, at elektrolytter nedbrydes, når de opløses i positive og negative ioner.
I 1886 udviklede Paul Louis Toussaint (Paul Héroult) og Charles Hall (Charles M. Hall), samtidigt og uafhængigt, en industriel metode til fremstilling af aluminium ved elektrolyse baseret på Faradays love .
I 1894 afsluttede Friedrich Ostwald vigtig forskning i den elektriske ledningsevne og elektrodissociation af organiske syrer .
I 1888 udviklede W. Nernst teorien om den elektromotoriske kraft af en primær celle bestående af to elektroder adskilt af en elektrolytopløsning. Han udleder en ligning kendt som Nernst-ligningen , ligningen for elektromotorisk kraft versus ionkoncentration.
Hurtig udvikling af elektrokemi. I 1902 oprettedes et elektrokemisk samfund, The Electrochemical Society (ECS). 1949 - dannelsen af International Electrochemical Society, International Society of Electrochemistry (ISE). I 1959 modtog den tjekkiske videnskabsmand Jaroslav Heyrovský Nobelprisen for opfindelsen og udviklingen af en ny type elektrokemisk analyse - polarografi .
Traditionelt er elektrokemi opdelt i teoretisk og anvendt.
Elektrolyse kræver en ekstern kilde til elektrisk energi, som sikrer fremkomsten og opretholdelsen af et tvunget potentiale og strømmen af elektrokemiske processer ved anoden og katoden placeret i en elektrolysecelle (for eksempel i en industriel elektrolysator ).
Korrosion er et udtryk, der normalt anvendes til processen med ødelæggelse af metaller ved rust , som er forårsaget af elektrokemiske processer.
De fleste kender til korrosion af jern, i form af orange-brun eller sort-brun rust. Hvert år ødelægger korrosion cirka 10 % af de smeltede jernholdige metaller. Andre eksempler er forekomsten af sorte pletter på sølv eller grønnere kobber . Omkostningerne ved at erstatte metalgenstande beskadiget af korrosion er i milliarder af amerikanske dollars om året.
Undersøgelser i vandige opløsninger er begrænset af den elektrokemiske stabilitet af vand som opløsningsmiddel. Elektrolysen af smeltede medier er ikke altid acceptabel, da simple og komplekse saltsystemer, herunder eutektiske smelter, har et for højt smeltepunkt. Ikke-vandige opløsninger i organiske opløsningsmidler, i flydende svovldioxid osv. gør det muligt at udføre mange processer, der er for energikrævende eller helt umulige i vand eller smelter.
| Artikler relateret til elektrolyse | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
| |||||||