همه چیز درباره الکتروشیمی

الکتروشیمی یا برق شیمی نوعی شیمی است که به بررسی واکنشهای بین الکتریسیته و مواد شیمیایی می پردازد. در واقع از سلولهای الکتروشیمیایی برای تولید جریان الکتریکی از واکنشهای شیمیایی استفاده می کند. در این مطلب به بحث در مورد اینکه الکتروشیمی چیست، انواع سلولهای و کاربردهای آن به طور جزئی خواهیم پرداخت.

الکتروشیمی چیست؟

الکتروشیمی مطالعه واکنشهای شیمیایی است که الکتریسیته تولید می ‌کنند یا برعکس واکنشهایی که به دلیل جریان الکتریکی رخ می ‌دهند. این شاخه از شیمی منجر به اکتشافات مهمی در مورد ماهیت و رفتار اتمها و مولکولها در طول این تغییرات در بار شده است. این برای درک نحوه عملکرد باتریها مفید است. اما همچنین به ما در درک خوردگی و سایر فرایندهای شیمیایی کمک می کند.

اصل الکتروشیمی

اصل الکتروشیمی به این می پردازد که چگونه تغییرات ولتاژ بر واکنشهای شیمیایی که در الکترود اتفاق می افتد، تاثیر می گذارد. این یکی از مهمترین مفاهیمی است که هنگام مطالعه شیمی باید درک کرد و مبنایی را برای انواع مختلف آزمایشها فراهم می کند. برای مثال، اگر از این اصل برای ایجاد آزمایشی استفاده کنید که هدف شما این بود که بفهمید با افزایش ولتاژ روی الکترودها چه اتفاقی می ‌افتد، آنگاه دو الکترودی که از مواد مختلف ساخته می شود (فلز در مقابل فلز یا فلز در مقابل مایع) را انتخاب می ‌کنید. سپس ولتاژ مشخصی را بین هر جفت اعمال کرده و آنچه را که در طول زمان با واکنش آنها با یکدیگر اتفاق می ‌افتد را تماشا می‌ کنید. این آزمایشها معمولا به منظور بررسی نرخ خوردگی یا اکسیداسیون در جریانها یا ولتاژهای مختلف انجام می شود.

انواع سلولهای برق شیمی

سلول الکتروشیمیایی وسیله ای است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. برخی از نمونه ‌های سلولها عبارتند از: باتری روی کربن، باتری ذخیره کننده سرب و باتری قلیایی. یک سلول الکترولیتی از واکنشهای ردوکس خود به خود برای ایجاد جریان جریان از طریق یک مدار خارجی استفاده می کند. در حالی که در یک سلول گالوانیکی یا ولتاژی در سراسر الکترودهای سلول اعمال می شود تا جریان الکتریکی را از طریق یک مدار خارجی به حرکت درآورد.

انواع مختلفی از سلولهای الکتروشیمیایی وجود دارد که از ترکیبات و غلظتهای مختلف مواد شیمیایی به منظور ایجاد الکتریسیته برای ذخیره انرژی استفاده می کنند: سلولهای گالوانیکی یا ولتاییک. واکنش آند (اکسیداسیون) و واکنش کاتدی (کاهش) برای سلولهای الکترولیتی. باتری کربن روی، باتری انباشته کننده سرب، باتری قلیایی همگی نمونه هایی از سلولهای الکتروشیمیایی هستند.

دانستنیها و کاربردهای الکتروشیمی در زندگی روزمره

برق شیمی مطالعه تغییرات شیمیایی است که در یک محلول زمانی که انرژی الکتریکی از آن عبور می کند اتفاق می افتد. از واکنشهای الکتروشیمیایی می توانیم برای یافتن اینکه چه موادی در یک نمونه ناشناخته وجود دارد یا ممکن است برای تبدیل یک ماده به ماده دیگر استفاده کنیم. به عنوان مثال، آبکاری شامل پوشش دادن اجسام فلزی با لایه های نازک نقره یا طلا است.

کاربرد در باتریها

باتریها نمونه ای روزمره از نحوه استفاده از الکتروشیمی برای تبدیل یک ماده به ماده دیگر هستند. باتریها از واکنشهای شیمیایی بین موادی مانند روی و مس یا سرب و اسید برای تولید برق استفاده می کنند. یک نوع باتری، باتری قلیایی است که حاوی مخلوطی از دی اکسید منگنز (MnO) و پودر روی در یک قوطی فولادی است. هنگامی که باتری استفاده می شود، نیمی از ماده شیمیایی دی اکسید منگنز (MnO) حل می شود و یون منگنز تشکیل می دهد. در حالی که هر اتم یک الکترون از دست می دهد. الکترونهای حاصل از مدار عبور می کنند تا برای دستگاههای ما الکتریسیته تولید کنند.

کاربرد در آبکاری

آبکاری فرایندی است که از جریان الکتریکی برای کاهش کاتیونهای فلزی محلول استفاده می کند تا پوشش فلزی نازکی بر روی الکترود تشکیل شود. این اصطلاح همچنین برای اکسیداسیون الکتریکی آنیونها بر یک بستر جامد استفاده می شود. مانند تشکیل الکترودهای کلرید نقره از محلول نیترات نقره با استفاده از هگزاسیانوفرات پتاسیم (III) به عنوان آند.

کاربرد در شکل دهی الکتریکی

الکتروفرمها را می توان برای مقاصد هنری استفاده کرد، مانند آنچه توسط اندی گلدزورثی و جواهراتی مانند ساموئل کرکلند لوتروپ. نمونه ای از الکتروفرمهای تجاری مهم، ظروف نقره ای هستند که با نیکل یا رادیوم آندود می شوند.

کاربرد در حفاظت در برابر خوردگی

از برق شیمی در حفاظت در برابر خوردگی نیز استفاده می شود؛ مانند پوشش فلزی روی بدنه کشتیها برای محافظت در برابر آب نمک و سایر مواد خورنده. فرایند شیمیایی که در آن الکترودها در محلولی حاوی یونهای فلزی فرو می ‌روند و از الکتریسیته برای رسوب یا حذف فلز از سطح الکترود استفاده می ‌کنند. این بیشتر با آبکاری کروم اعمال می شود. فرایند الکتروشیمیایی که در آن یونهای فلزی که وارد الکترولیت می ‌شوند در یک الکترود (کاتد) به حالت فلزی کاهش می ‌یابند و در الکترود دیگر (آند) به شکل یونی اکسید می ‌شوند.

کاربرد در پزشکی

برق شیمی کاربردهای زیادی در پزشکی دارد. سنسورهای الکتروشیمیایی برای نظارت بر غلظت یونهای هیدروژن در داخل سلولها، سطح pH برای بیماریهای خاص یا تعادل الکترولیت در نمونه های خون و ادرار استفاده می شود. این بسیار مفید است. چرا که آنها به تشخیص بیماریهای انسانی مانند دیابت شیرین، نارسایی کلیه و غیره کمک می کنند. مثال دیگر ضربان سازهای قلبی است که برای تنظیم ضربان قلب کاشته می شوند.

سوالات متداول همه چیز درباره الکتروشیمی

1- مطالعه الکتروشیمی چیست؟

الکتروشیمی مطالعه تکنیکهایی است که از تحریک الکتریکی برای تجزیه و تحلیل واکنش شیمیایی یک سیستم استفاده می کند. به طور خاص تر، افت و پیشروی الکترونها، یعنی مکانیسمهای اکسیداسیون و کاهش در یک واکنش را تجزیه و تحلیل می کند.

2- انواع سلولهای الکتروشیمی چیست؟

سلولهای الکتروشیمیایی را می توان به سه نوع بسیار کلی طبقه بندی کرد: سلولهای گالوانیکی یا ولتایی، سلولهای الکترولیتی و سلولهای سوختی، سلولهای ولتایی و الکترولیتی.

3- برق شیمی کجا کاربرد دارد؟

برق شیمی کاربردی استفاده از فرایندهای الکتروشیمیایی در هر نوع کاربرد صنعتی مانند سنتز محصولات دارویی، نانوتکنولوژی، تصفیه زباله، بازیافت فلزات سنگین، رسوبات فلزی و غیره است.

4- چه نوع واکنشهایی در الکتروشیمیایی استفاده می شود؟

به طور کلی، الکتروشیمیایی مسئول مطالعه موقعیتهایی است که در آن واکنشهای اکسیداسیون و کاهش رخ می دهد و به طور فیزیکی یا موقت از هم جدا شده اند.

5- انواع سلولهای الکترولیتی چیست؟

دو نوع اصلی سلول وجود دارد. در هر دو یک واکنش ردوکس و تبدیل یا تبدیل یک نوع انرژی به نوع دیگر انجام می شود. سلول الکترولیتی، الکترودها و منبع انرژی تولید کننده جریان الکتریکی را نشان می دهد.