Sähkökemia on kemian tieteenala, joka tarkastelee järjestelmiä ja faasien välisiä rajoja, kun sähkövirta kulkee niiden läpi, tutkitaan prosesseja johtimissa , elektrodeilla ( metalleista tai puolijohteista , mukaan lukien grafiitista ) ja ionijohtimissa ( elektrolyytit ). Sähkökemia tutkii hapettumis- ja pelkistysprosesseja , jotka tapahtuvat spatiaalisesti erotetuilla elektrodeilla, ionien ja elektronien siirtymistä . Suoraa varauksen siirtoa molekyylistä molekyyliin ei oteta huomioon sähkökemiassa.
1500-luvulla alkoi sähköntutkimus. Englantilainen tiedemies William Gilbert on 17 vuoden ajan tutkinut magnetismia ja jossain määrin sähköä. Hänen tutkimuksellaan oli valtava vaikutus magnetismin ja sähkön tiedon kehittymiseen. Hän tuli tunnetuksi "magnetismin isänä".
Vuonna 1663 saksalainen fyysikko Otto von Guericke loi ensimmäisen sähkögeneraattorin, joka tuottaa staattista sähköä kitkan avulla. Generaattori oli lasipallo, jonka kahva oli peitetty paksulla rikkikerroksella. Palloa pyöritettiin käsin ja sormenpäitä vasten hierottaessa muodostui sähkökipinä. Ladattua palloa käytettiin sähkökokeissa.
Ranskalainen fyysikko Charles Francois Dufay (Charles François de Cisternay du Fay) päätteli 1700-luvun puolivälissä, että staattista sähköä on kahdenlaisia. Hän ilmaisee mielipiteen, että sähkö koostuu kahdesta "nesteestä" : positiivisesta ja negatiivisesta. Toisin kuin tämä teoria , B. Franklin ehdottaa, että staattinen sähkö koostuu yhdestä "nesteestä", ja varaus selittyy tällaisen nesteen ylimäärällä tai puutteella.
Vuonna 1781 Charles Augustin Coulomb (Charles-Augustin de Coulomb) selittää "Coulombin lain" , joka kuvaa varautuneiden kappaleiden vuorovaikutusta.
Suuren sysäyksen sähkökemian kehitykselle antoivat italialaisen anatomin ja fysiologin Luigi Galvanin vuonna 1771 tekemät kokeet leikatun sammakon lihaksilla. Galvani havaitsi, että kun kaksi erilaista metallia, jotka on yhdistetty johtimella, levitetään lihaksiin, sammakon lihakset supistuvat. Vuonna 1791 julkaistaan hänen teoksensa "De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius" ("Treataatti sähkövoimista lihasliikkeessä"), jossa Galvani puhuu "eläinsähkön" olemassaolosta, joka aktivoituu lihaksissa ja hermoissa, kun kaksi metallit levitetään niihin. Tästä työstä tuli sensaatio. Hän uskoi, että tämä uusi voima oli sähkön muoto sähköankeriaan tuottaman "luonnollisen" muodon ja kitkan tuottaman "epäluonnollisen" muodon (staattisen sähkön) lisäksi. Uskotaan, että Galvanin teoksissa on ensimmäistä kertaa oletus kemiallisten reaktioiden ja sähkön välisestä suhteesta. Vuotta 1791 pidetään sähkökemian "syntymäpäivänä". Monet tiedemiehet hyväksyivät Galvanin teorian, mutta A. Volta (Alessandro Volta) vastusti sitä. Volta uskoo, että lihakset ovat vain sähkövirran johtimia, mutta eivät sen lähde. Sitten Galvani esittelee koetta, jossa lihakset supistuivat, kun niihin laitettiin yhtä metallia, sekä ilman metallia - kun reisihermo yhdistettiin lihakseen. A. Volta on tutkinut sähköä tuottavien ankerioiden ja rauskujen elimiä 8 vuoden ajan. Hänen tutkimuksensa tuloksena valmistettiin vuonna 1799 ensimmäinen kemiallinen virtalähde - "Voltaic pilari" . Se oli erittäin tärkeä (kauan ennen generaattoreiden tuloa ) sähkövirran lähde, joka vaikutti monien löytöjen syntymiseen, erityisesti ensimmäiseen tuotantoon vuosina 1808-1809. Englanti tiedemies Humphry Davy ( Humphry Davy ) puhtaassa muodossa metalleja , kuten natrium , kalium , barium , strontium , kalsium ja magnesium .
XVIII vuosisadan lopussa. Saksalainen fyysikko Wilhelm Ritter (Johann Wilhelm Ritter) kirjoittaa artikkelin "Galvanismi" ja luo yksinkertaisen akun . W. Nicholsonin kanssa he suorittavat veden hajotuksen vedyksi ja hapeksi elektrolyysillä . Pian tämän jälkeen W. Ritter kehittää galvanointiprosessia . Hän huomauttaa, että kerrostetun metallin määrä sekä muodostuneen hapen määrä riippuu elektrodien välisestä etäisyydestä. Vuoteen 1801 mennessä Ritter tarkkailee lämpösähkövirtaa ja uskoo tutkimuksensa Thomas Seebeckille (Thomas Johann Seebeck).
Vuonna 1820 H. K. Oersted löysi sähkövirran magneettisen vaikutuksen, joka oli maamerkkilöytö. André -Marie Ampère toistaa Oerstedin kokeen ja kuvaa sitä matemaattisesti.
Saksalais-virolainen fyysikko T. Seebeck osoitti vuonna 1821 lämpösähköisen potentiaalin ilmaantumisen kahden erilaisen metallin risteyskohdassa lämpötilaeron läsnä ollessa tässä kohdassa.
Vuonna 1827 saksalainen tiedemies Ohm (Ohm, Georg Simon) esittelee lakinsa kuuluisassa kirjassa Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet" (galvaaninen piiri, matemaattinen käsittely) ja kuvailee täysin sähköteoriansa.
Vuonna 1832 kuuluisa englantilainen fyysikko Michael Faraday löysi elektrolyysin lait ja esitteli sellaisia käsitteitä kuin elektrodi , elektrolyytti , anodi , katodi , anioni , kationi .
Vuonna 1836 D. Daniel luo ensisijaisen virtalähteen. Daniel käsittelee polarisaatioongelmaa. Vuonna 1839 englantilainen fyysikko William Robert Grove (Grove) loi ensimmäisen polttokennon . Vuonna 1866 ranskalainen Georges Leclanché patentoi uuden elementin - sinkki-hiili galvaanisen kennon .
Vuonna 1884 Svante August Arrhenius julkaisi väitöskirjansa "Recherches sur la leadibilité galvanique des électrolytesc" (Tutkimus elektrolyyttien galvaanisesta johtavuudesta). Hän sanoo, että elektrolyytit hajoavat liukeneessaan positiivisiksi ja negatiivisiksi ioneiksi.
Vuonna 1886 Paul Louis Toussaint (Paul Héroult) ja Charles Hall (Charles M. Hall) kehittävät samanaikaisesti ja itsenäisesti Faradayn lakeihin perustuvan teollisen menetelmän alumiinin valmistamiseksi elektrolyysillä .
Vuonna 1894 Friedrich Ostwald saa päätökseen tärkeän tutkimuksen orgaanisten happojen sähkönjohtavuudesta ja sähködissosiaatiosta .
Vuonna 1888 W. Nernst kehitti teorian kahdesta elektrolyyttiliuoksella erotetusta elektrodista koostuvan primäärikennon sähkömotorisesta voimasta. Hän johtaa yhtälön, joka tunnetaan nimellä Nernst Equation , yhtälön sähkömotoriselle voimalle vs. ionikonsentraatiolle.
Sähkökemian nopea kehitys. Vuonna 1902 perustettiin sähkökemiallinen yhteisö, The Electrochemical Society (ECS). 1949 - Kansainvälisen sähkökemian seuran, kansainvälisen sähkökemian seuran (ISE) perustaminen. Vuonna 1959 tšekkiläinen tiedemies Jaroslav Heyrovský sai Nobel-palkinnon uudenlaisen sähkökemiallisen analyysin - polarografian - keksimisestä ja kehittämisestä .
Perinteisesti sähkökemia on jaettu teoreettiseen ja soveltavaan.
Elektrolyysi vaatii ulkoisen sähköenergian lähteen, joka varmistaa pakotetun potentiaalin ja sähkökemiallisten prosessien syntymisen ja ylläpidon elektrolyysikennoon sijoitetulla anodilla ja katodilla ( esimerkiksi teollisessa elektrolysaattorissa ).
Korroosio on termi, jota yleensä käytetään metallien tuhoamiseen ruosteen vaikutuksesta , joka johtuu sähkökemiallisista prosesseista.
Useimmat ihmiset tuntevat raudan korroosion oranssinruskean tai mustanruskean ruosteen muodossa. Korroosio tuhoaa vuosittain noin 10 % sulatetuista rautametalleista. Muita esimerkkejä ovat mustien pisteiden esiintyminen hopealla tai kuparin vihertyminen . Korroosion vaurioittamien metalliesineiden vaihtokustannukset ovat miljardeja Yhdysvaltain dollareita vuodessa.
Vesiliuosten tutkimuksia rajoittaa veden sähkökemiallinen stabiilisuus liuottimena. Sulan väliaineen elektrolyysi ei ole aina hyväksyttävää, koska yksinkertaisilla ja monimutkaisilla suolajärjestelmillä, mukaan lukien eutektiset sulat, on liian korkea sulamispiste. Ei-vesipitoiset liuokset orgaanisissa liuottimissa, nestemäisessä rikkidioksidissa jne. mahdollistavat monien prosessien suorittamisen, jotka ovat liian energiaintensiivisiä tai täysin mahdottomia vedessä tai sulaissa.
| Elektrolyysiin liittyviä artikkeleita | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
| |||||||