Hvad er en elektrokemisk proces?
En elektrokemisk proces er en kemisk reaktion, der enten forårsager eller er forårsaget af bevægelse af elektrisk strøm. Disse processer er en type oxidationsreduktionsreaktion, hvor et atom eller molekyle mister et elektron til et andet atom eller molekyle. I elektrokemiske reaktioner er atomerne eller molekylerne i reaktionen relativt langt fra hinanden sammenlignet med andre reaktioner, hvilket tvinger elektronerne overføres til at rejse en større afstand og derved producerer en elektrisk strøm. Mange naturlige fænomener er baseret på elektrokemiske processer, såsom korrosion af metaller, evnen hos nogle havdyr til at generere elektriske felter og arbejdet i nervesystemerne hos mennesker og andre dyr. De spiller også en vigtig rolle i moderne teknologi, mest fremtrædende i opbevaring af elektrisk strøm i batterier, og den elektrokemiske proces, der kaldes elektrolyse, er vigtig i moderne industri.
Aktiviteterne i nervesystemer, fra de enkle reaktioner og instinktiv adfærd, der findes i endda primitive dyr til menneskers komplekse læring og ræsonnement, afhænger af menneskers elektrokemiske processer. Neuroner bruger elektrokemiske processer til at overføre information gennem nervesystemet, hvilket gør det muligt for nervesystemet at kommunikere med sig selv og med resten af kroppen. For at sende et signal genererer kemiske processer i neuronet en elektrisk impuls, der sendes gennem en langstrakt struktur kaldet en axon, indtil den når synapsen, kontaktpunktet mellem neuron- og nærliggende celler. Ved synapsen forårsager elektriciteten frigivelse af kemikalier kaldet neurotransmittere, der krydser synapsen til cellen, der signaliseres. Neurotransmittere binder derefter kemisk med strukturer kaldet receptorer på målcellen, hvilket sætter videre biokemiske processer inden i den.
fiskens evne som f.eks.Elektriske ål, stargazers og torpedo -stråler til fremstilling af elektriske felter er resultatet af en elektrokemisk proces. Elektrisk fisk har specialiserede celler kaldet elektrocytter. Transportproteiner binder med positive kalium- og natriumioner i cellen og bærer dem væk, opbygger en elektrisk ladning i cellen. Når denne elektricitet er nødvendig, sender en del af nervesystemet kaldet den medullære kommando -kerne en elektrisk impuls til andre nerveceller, der udløser frigivelse af neurotransmitter acetylcholin. Neurotransmitteren bindinger med acetylcholinreceptorerne af elektrocytterne, der udløser frigivelsen af elektrocytternes ladning.
Elektriske batterier bruger elektrokemiske processer til at opbevare og frigive elektricitet. Kemiske reaktioner inden for de elektriske celler, der udgør batteriet, skaber en forskel, der er ansvarlig mellem de to halvdele af hver celle, hvilket producerer elektrisk strøm. Genopladelige batterier producerer elektricitet med kemiske reaktioner, der er REversible, og så kan returneres til deres originale kemiske konfiguration, hvis der påføres elektricitet fra en ekstern kilde. Reaktionerne i ikke -rechargable batterier har ikke denne kvalitet, skønt de normalt producerer mere elektrisk strøm, end et genopladeligt batteri kan give i en enkelt opladning.
En række forskellige kemiske reaktioner bruges i batterier. Nikkel-cadmiumbatterier, der ofte bruges i lys og husholdningsapparater, er baseret på separate reaktioner af cadmium og nikkel med en alkalisk, normalt en opløsning af kaliumhydroxid (KOH) og vand. Nikkel-metalhydridbatterier er ens, men udskift cadmium med en intermetallisk forbindelse lavet af mangan, aluminium eller kobolt blandet med sjældne jordmetaller såsom praseodym, lanthanum og cerium. Lithiumbatterier kan bruge en række reaktioner, der involverer lithiumforbindelser, med den mest almindelige type ved hjælp af mangandioxid (MNO 2 ) og en opløsning af lithiumperchlorat (liclo 4 ), dimethoxyethan (C 4 H 10 O 2 ) og propylencarbonat (C 4 H 6 O 3 ).
Elektrolyse er en elektrokemisk proces, hvor elektrisk strøm bruges til at udløse kemiske reaktioner i et stof, der indeholder frie ioner, kaldet en elektrolyt. Elektrolytten er enten smeltet eller opløst i et opløsningsmiddel, og to elektroder, kaldet anode og katode, er nedsænket i den. Når et elektrisk potentiale påføres mellem elektroderne, begynder elektricitet at strømme mellem dem, og hver elektrode begynder at tiltrække ioner med det modsatte af sin egen ladning. Ionerne får eller mister elektroner til elektroderne, hvilket forårsager oxidation af molekyler nær anoden og reduktion af dem i nærheden af katoden. Elektrolyse anvendes i mange områder af industrielle processer, herunder metallurgi, produktion af kemikalier såsom kaliumchlorat og (KCLO 3 ) trifluoreddikesyre (C 2 hf 3 O 2 ), og denEkstraktion af stærkt reaktive elementer, der ikke findes i deres elementære form i naturen, såsom natrium og magnesium.