Was ist ein elektrochemischer Prozess?
Ein elektrochemischer Prozess ist eine chemische Reaktion, die entweder verursacht oder durch die Bewegung des elektrischen Stroms verursacht wird. Diese Prozesse sind eine Art von Oxidationsreduktionsreaktion, bei der ein Atom oder ein Molekül ein Elektron an ein anderes Atom oder Molekül verliert. Bei elektrochemischen Reaktionen sind die Atome oder Moleküle in der Reaktion im Vergleich zu anderen Reaktionen relativ weit voneinander entfernt, wodurch die Elektronen gezwungen werden, einen größeren Abstand zu bewegen und dadurch einen elektrischen Strom zu erzeugen. Viele natürliche Phänomene basieren auf elektrochemischen Prozessen wie der Korrosion von Metallen, der Fähigkeit einiger Meereskreaturen, elektrische Felder zu erzeugen, und die Funktionsweise der Nervensysteme von Menschen und anderen Tieren. Sie spielen auch eine wichtige Rolle in der modernen Technologie, die am deutlichsten bei der Lagerung von Strom in Batterien speichert, und der als Elektrolyse bezeichnete elektrochemische Prozess ist in der modernen Industrie wichtig.
Die Aktivitäten von Nervensystemen, von den einfachen Reaktionen und instinktiven Verhaltensweisen, die bei selbst primitiven Tieren zu den komplexen Lern- und Argumentationsfähigkeiten der Menschen enthalten sind, hängen von elektrochemischen Prozessen ab. Neuronen verwenden elektrochemische Prozesse, um Informationen über das Nervensystem zu übertragen, sodass das Nervensystem mit sich selbst und mit dem Rest des Körpers kommuniziert. Um ein Signal zu senden, erzeugen chemische Prozesse im Neuron einen elektrischen Impuls, der durch eine längliche Struktur geschickt wird, die als Axon bezeichnet wird, bis er den Kontaktpunkt zwischen dem Neuron und den benachbarten Zellen erreicht. Bei der Synapse verursacht die Elektrizität die Freisetzung von Chemikalien, die als Neurotransmitter bezeichnet werden und die die Synapse mit der zu signalisierten Zelle überschreiten. Die Neurotransmitter verbinden sich dann chemisch mit Strukturen, die als Rezeptoren in der Zielzelle bezeichnet werden und weitere biochemische Prozesse darin auslösen.
Die Fähigkeit von Fischen wie z.Elektrische Aale, Stargazer und Torpedostrahlen zur Herstellung von elektrischen Feldern sind das Ergebnis eines elektrochemischen Verfahrens. Elektrische Fische besitzen spezialisierte Zellen, die als Elektrozyten bezeichnet werden. Transportproteine binden mit positivem Kalium- und Natriumionen in der Zelle und tragen sie weg, wodurch eine elektrische Ladung in der Zelle aufgebaut wird. Wenn diese Elektrizität benötigt wird, sendet ein Teil des Nervensystems, der als medullärer Befehlskern bezeichnet wird, einen elektrischen Impuls an andere Nervenzellen, der die Freisetzung des Neurotransmitters Acetylcholin auslöst. Die Neurotransmitterbindungen mit den Acetylcholinrezeptoren der Elektrozyten, die die Freisetzung der Ladung der Elektrozyten auslösen.
Elektrische Batterien verwenden elektrochemische Prozesse, um Strom zu speichern und freizusetzen. Chemische Reaktionen in den elektrischen Zellen, die die Batterie ausmachen, erzeugen einen Unterschied zwischen den beiden Hälften jeder Zelle und erzeugen elektrischen Strom. Wiederaufladbare Batterien erzeugen Elektrizität mit chemischen Reaktionen, die r sindeversible und kann daher in ihre ursprüngliche chemische Konfiguration zurückgegeben werden, wenn Strom von einer externen Quelle angewendet wird. Die Reaktionen in nicht schärfbaren Batterien haben diese Qualität nicht, obwohl sie normalerweise mehr elektrische Strome erzeugen, als eine wiederaufladbare Batterie in einer einzigen Ladung liefern kann.
Eine Vielzahl verschiedener chemischer Reaktionen werden in Batterien verwendet. Nickel-Cadmium-Batterien, die üblicherweise in Lichtern und Haushaltsgeräten verwendet werden, basieren auf separaten Reaktionen von Cadmium und Nickel mit einem Alkalin, normalerweise einer Lösung von Kaliumhydroxid (KOH) und Wasser. Nickel-Metall-Hydridbatterien sind ähnlich, ersetzen das Cadmium jedoch durch eine intermetallische Verbindung aus Mangan, Aluminium oder Kobalt, gemischt mit seltenen Erdmetallen wie Praseodym, Lanthan und Cerium. Lithiumbatterien können eine Vielzahl von Reaktionen mit Lithiumverbindungen verwenden, wobei der häufigste Typ unter Verwendung von Mangandioxid (Mno 2 ) und einer Lösung von Lithium -Perchlorat (liclo 4 ), dimethoxyethan (c 4 h 10 o 2 ) und Propylencarbonat (c 4 h 6 o 3 ).
Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem der elektrische Strom zur Auslösung chemischer Reaktionen in einer Substanz, die freie Ionen enthält, als Elektrolyt ausgelöst wird. Der Elektrolyt wird entweder geschmolzen oder in einem Lösungsmittel gelöst, und zwei Elektroden, die als Anode und Kathode bezeichnet werden, sind darin eingetaucht. Wenn zwischen den Elektroden ein elektrisches Potential angewendet wird, fließt der Strom zwischen ihnen und jede Elektrode zieht Ionen mit dem Gegenteil seiner eigenen Ladung an. Die Ionen gewinnen oder verlieren Elektronen an den Elektroden, was zu einer Oxidation von Molekülen in der Nähe der Anode und der Verringerung derjenigen in der Nähe der Kathode führt. Die Elektrolyse wird in vielen Bereichen industrieller Prozesse verwendet, einschließlich Metallurgie, der Herstellung von Chemikalien wie Kaliumchlorat und (KCLO 3 ) Trifluoressigsäure (C 2 hf 3 o 2 ) sowie die hf 3 o ) sowie die hf o ) und dieExtraktion hochreaktiver Elemente, die in ihrer Elementarform in der Natur nicht gefunden werden, wie Natrium und Magnesium.