Co je elektrochemický proces?
Elektrochemický proces je chemická reakce, která způsobuje nebo je způsobena pohybem elektrického proudu. Tyto procesy jsou typem oxidačně-redukční reakce, při které jeden atom nebo molekula ztratí elektron k jinému atomu nebo molekule. V elektrochemických reakcích jsou atomy nebo molekuly v reakci relativně daleko od sebe navzájem ve srovnání s jinými reakcemi, což nutí, aby byly elektrony přeneseny, aby cestovaly na větší vzdálenost a tím vytvářely elektrický proud. Mnoho přírodních jevů je založeno na elektrochemických procesech, jako je koroze kovů, schopnost některých mořských tvorů generovat elektrická pole a fungování nervových systémů lidí a jiných zvířat. Oni také hrají důležitou roli v moderní technologii, nejvíce prominentně v ukládání elektrické energie v bateriích a electrochemical proces volal electrolysis je důležitý v moderním průmyslu.
Činnosti nervových systémů, od jednoduchých reakcí a instinktivního chování u primitivních zvířat až po komplexní schopnosti učení a uvažování lidí, závisí na elektrochemických procesech. Neurony používají elektrochemické procesy k přenosu informací nervovým systémem, což nervové soustavě umožňuje komunikaci se sebou a se zbytkem těla. K odeslání signálu chemické procesy v neuronu generují elektrický impuls, který je posílán protáhlou strukturou nazývanou axon, dokud nedosáhne synapse, bodu kontaktu mezi neuronem a sousedními buňkami. Při synapse způsobuje elektřina uvolňování chemikálií nazývaných neurotransmitery, které přecházejí synapsu do signalizované buňky. Neurotransmitery se poté chemicky spojí se strukturami nazývanými receptory na cílové buňce, čímž v ní zahájí další biochemické procesy.
Schopnost ryb, jako jsou elektrické úhoře, hvězdáři a torpéda, produkovat elektrická pole, je výsledkem elektrochemického procesu. Elektrické ryby mají specializované buňky zvané electrocytes. Transportní proteiny se v buňce vážou kladnými ionty draslíku a sodíku a přenášejí je pryč, čímž v buňce vytvářejí elektrický náboj. Když je tato elektřina potřebná, část nervového systému zvaná jádro medulárního velení vysílá elektrický impuls do dalších nervových buněk, což spouští uvolňování neurotransmiteru acetylcholinu. Neurotransmiter se váže na acetylcholinové receptory elektrocytů, což spouští uvolňování náboje elektrocytů.
Elektrické baterie používají elektrochemické procesy k ukládání a uvolňování elektřiny. Chemické reakce uvnitř elektrických článků tvořících baterii vytvářejí rozdíl v náboji mezi dvěma polovinami každého článku a vytvářejí elektrický proud. Dobíjecí baterie produkují elektřinu s chemickými reakcemi, které jsou reverzibilní, a lze je tedy vrátit do své původní chemické konfigurace, pokud je elektřina aplikována z vnějšího zdroje. Reakce v nenabíjecích bateriích nemají tuto kvalitu, ačkoli obvykle produkují více elektrické energie, než kolik může nabíjecí baterie poskytnout v jediném nabíjení.
V bateriích se používá celá řada různých chemických reakcí. Nikl-kadmiové baterie, které se běžně používají ve světlech a domácích spotřebičích, jsou založeny na oddělených reakcích kadmia a niklu s alkalickými, obvykle roztokem hydroxidu draselného (KOH) a vodou. Nikl-metal hydridové baterie jsou podobné, ale nahrazují kadmium intermetalickou sloučeninou vyrobenou z manganu, hliníku nebo kobaltu smíchaného s kovy vzácných zemin, jako je praseodym, lanthan a cer. Lithiové baterie mohou používat různé reakce zahrnující sloučeniny lithia, přičemž nejběžnějším typem je oxid manganičitý (MnO 2 ) a roztok chloristanu lithného (LiClO 4 ), dimethoxyethan (C4H10O 2 ) a propylenkarbonát (C 4 H 6O 3 ).
Elektrolýza je elektrochemický proces, při kterém se elektrický proud používá ke spuštění chemických reakcí v látce obsahující volné ionty, nazývané elektrolyt. Elektrolyt je buď rozpuštěn nebo rozpuštěn v rozpouštědle a jsou do něj ponořeny dvě elektrody, nazývané anoda a katoda. Když je mezi elektrodami aplikován elektrický potenciál, začne mezi nimi proudit elektřina a každá elektroda začne přitahovat ionty opačným způsobem než vlastní náboj. Ionty získávají nebo ztrácí elektrony na elektrodách, což způsobuje oxidaci molekul v blízkosti anody a redukci iontů v blízkosti katody. Elektrolýza se používá v mnoha oblastech průmyslových procesů, včetně metalurgie, výroby chemických látek, jako je chlorečnan draselný a (KClO 3 ) kyselina trifluoroctová (C 2 HF 3 O 2 ), a extrakce vysoce reaktivních prvků, které se nenacházejí v jejich elementární forma v přírodě, jako je sodík a hořčík.