Wat is een elektrochemisch proces?

Een elektrochemisch proces is een chemische reactie die de beweging van elektrische stroom veroorzaakt of veroorzaakt. Deze processen zijn een soort oxidatiereducerende reactie waarbij een atoom of molecuul een elektron verliest aan een ander atoom of molecuul. Bij elektrochemische reacties staan ​​de atomen of moleculen in de reactie relatief ver uit elkaar in vergelijking met andere reacties, waardoor de overgebrachte elektronen een grotere afstand moeten afleggen en daardoor een elektrische stroom produceren. Veel natuurlijke fenomenen zijn gebaseerd op elektrochemische processen, zoals de corrosie van metalen, het vermogen van sommige zeedieren om elektrische velden te genereren en de werking van het zenuwstelsel van mensen en andere dieren. Ze spelen ook een belangrijke rol in de moderne technologie, vooral in de opslag van elektrische energie in batterijen, en het elektrochemische proces genaamd elektrolyse is belangrijk in de moderne industrie.

De activiteiten van zenuwstelsels, van eenvoudige reacties en instinctief gedrag bij zelfs primitieve dieren tot de complexe leer- en redeneervaardigheden van mensen, zijn afhankelijk van elektrochemische processen. Neuronen gebruiken elektrochemische processen om informatie via het zenuwstelsel door te geven, waardoor het zenuwstelsel met zichzelf en met de rest van het lichaam kan communiceren. Om een ​​signaal te sturen, genereren chemische processen in het neuron een elektrische impuls die door een langwerpige structuur wordt gestuurd, een axon genoemd, totdat het de synaps bereikt, het contactpunt tussen het neuron en de aangrenzende cellen. Bij de synaps veroorzaakt de elektriciteit de afgifte van chemicaliën, neurotransmitters genaamd, die de synaps passeren naar de cel die wordt gesignaleerd. De neurotransmitters binden zich vervolgens chemisch aan structuren die receptoren op de doelcel worden genoemd, waardoor verdere biochemische processen in gang worden gezet.

Het vermogen van vissen zoals elektrische paling, sterrenkijkers en torpedostralen om elektrische velden te produceren, is het resultaat van een elektrochemisch proces. Elektrische vissen bezitten gespecialiseerde cellen die elektrocyten worden genoemd. Transporteiwitten binden zich met positieve kalium- en natriumionen in de cel en voeren ze weg, waardoor een elektrische lading in de cel wordt opgebouwd. Wanneer deze elektriciteit nodig is, stuurt een deel van het zenuwstelsel genaamd de medullaire commandokern een elektrische impuls naar andere zenuwcellen, waardoor de neurotransmitter acetylcholine vrijkomt. De neurotransmitter bindt zich met de acetylcholinereceptoren van de elektrocyten, waardoor de lading van de elektrocyten vrijkomt.

Elektrische batterijen gebruiken elektrochemische processen om elektriciteit op te slaan en vrij te geven. Chemische reacties in de elektrische cellen waaruit de batterij bestaat, creëren een verschil in lading tussen de twee helften van elke cel, waardoor elektrische stroom wordt geproduceerd. Oplaadbare batterijen produceren elektriciteit met chemische reacties die omkeerbaar zijn en kunnen dus worden teruggezet naar hun oorspronkelijke chemische configuratie als elektriciteit wordt toegevoerd vanuit een externe bron. De reacties in niet-oplaadbare batterijen hebben deze kwaliteit niet, hoewel ze meestal meer elektrisch vermogen produceren dan een oplaadbare batterij in een enkele lading kan leveren.

In batterijen worden verschillende chemische reacties gebruikt. Nikkel-cadmium-batterijen, die gewoonlijk worden gebruikt in lampen en huishoudelijke apparaten, zijn gebaseerd op afzonderlijke reacties van cadmium en nikkel met een alkaline, meestal een oplossing van kaliumhydroxide (KOH) en water. Nikkel-metaalhydride-batterijen zijn vergelijkbaar, maar vervangen het cadmium door een intermetallische verbinding gemaakt van mangaan, aluminium of kobalt gemengd met zeldzame aardmetalen zoals praseodymium, lanthaan en cerium. Lithiumbatterijen kunnen verschillende reacties met lithiumverbindingen gebruiken, waarbij het meest voorkomende type mangaandioxide (MnO ₂ ) en een oplossing van lithiumperchloraat (LiClO ₄ ), dimethoxyethaan (C ₄ H ₁₀ O ₂ ) en propyleencarbonaat (C gebruikt) ₄ H ₆ O ₃ ).

Elektrolyse is een elektrochemisch proces waarbij elektrische stroom wordt gebruikt om chemische reacties te veroorzaken in een stof die vrije ionen bevat, een elektrolyt. De elektrolyt wordt gesmolten of opgelost in een oplosmiddel en twee elektroden, de anode en kathode genoemd, worden erin ondergedompeld. Wanneer een elektrisch potentiaal tussen de elektroden wordt aangelegd, begint er elektriciteit tussen te stromen en begint elke elektrode ionen aan te trekken met het tegenovergestelde van zijn eigen lading. De ionen winnen of verliezen elektronen aan de elektroden, waardoor oxidatie van moleculen in de buurt van de anode en reductie van die in de buurt van de kathode worden veroorzaakt. Elektrolyse wordt gebruikt in veel gebieden van industriële processen, waaronder metallurgie, de productie van chemicaliën zoals kaliumchloraat en (KClO ₃ ) trifluorazijnzuur (C ₂ HF ₃ O ₂ ), en de extractie van zeer reactieve elementen die niet worden gevonden in hun elementaire vorm in de natuur, zoals natrium en magnesium.