Co to jest proces elektrochemiczny?
Proces elektrochemiczny jest reakcją chemiczną, która powoduje lub jest spowodowana ruchem prądu elektrycznego. Procesy te są rodzajem reakcji ograniczania utleniania, w której jeden atom lub cząsteczka traci elektron z innym atomem lub cząsteczką. W reakcjach elektrochemicznych atomy lub cząsteczki w reakcji są stosunkowo dalekie od siebie w porównaniu z innymi reakcjami, zmuszając elektrony przenoszone do przebywania w większej odległości, a tym samym wytwarzające prąd elektryczny. Wiele zjawisk naturalnych opiera się na procesach elektrochemicznych, takich jak korozja metali, zdolność niektórych stworzeń morskich do generowania pól elektrycznych oraz działania układów nerwowych ludzi i innych zwierząt. Odgrywają również ważną rolę we współczesnej technologii, najważniejszej w magazynowaniu energii elektrycznej w akumulatorach, a proces elektrochemiczny zwany elektrolizą jest ważny we współczesnym przemysłu.
Działania układów nerwowych, od prostych reakcji i zachowań instynktownych występujących nawet u prymitywnych zwierząt po złożone zdolności uczenia się i rozumowania ludzi, zależą od procesów elektrochemicznych. Neurony używają procesów elektrochemicznych do przekazywania informacji przez układ nerwowy, umożliwiając układ nerwowy komunikowanie się ze sobą i z resztą ciała. Aby wysłać sygnał, procesy chemiczne w neuronie generują impuls elektryczny, który jest wysyłany przez wydłużoną strukturę zwaną aksonem, dopóki nie osiągnie synapsy, punkt kontaktu między neuronem a sąsiednimi komórkami. Przy synapsie energia elektryczna powoduje uwalnianie chemikaliów zwanych neuroprzekaźnikami, które przekraczają synaps z sygnalizowaną komórką. Neuroprzekaźniki następnie chemicznie wiążą się ze strukturami zwanymi receptorami na komórce docelowej, uruchamiając w nim dalsze procesy biochemiczne.
Zdolność ryb, takich jakWęgorze elektryczne, gwiazdy i promienie torpedowe do produkcji pól elektrycznych są wynikiem procesu elektrochemicznego. Ryby elektryczne posiadają wyspecjalizowane komórki zwane elektrocytami. Białka transportowe wiążą się z dodatnimi jonami potasu i sodu w komórce i przenoszą je, budując ładunek elektryczny w komórce. Gdy potrzebna jest ta energia elektryczna, część układu nerwowego zwanego jądrem dowodzenia rdzenia wysyła impuls elektryczny do innych komórek nerwowych, co wyzwala uwalnianie neuroprzekaźnika acetylocholiny. Wiązania neuroprzekaźników z receptorami acetylocholiny elektrocytów, które wyzwala uwalnianie ładunku elektrocytów.
Baterie elektryczne wykorzystują procesy elektrochemiczne do przechowywania i uwalniania energii elektrycznej. Reakcje chemiczne w ogniwach elektrycznych tworzących akumulator powodują różnicę między dwiema połówkami każdej komórki, wytwarzając prąd elektryczny. Akumulatory do ładowania wytwarzają energię elektryczną z reakcjami chemicznymi, które są reventible, a zatem można je zwrócić do ich oryginalnej konfiguracji chemicznej, jeśli elektryczność jest stosowana ze źródła zewnętrznego. Reakcje w bateriach nie do recharyzacji nie mają takiej jakości, chociaż zwykle wytwarzają więcej energii elektrycznej niż akumulator może zapewnić jedno ładowanie.
W akumulatorach stosuje się różne reakcje chemiczne. Akumulatory niklu-kadm, które są powszechnie stosowane w światłach i urządzeniach gospodarstwa domowego, oparte są na oddzielnych reakcjach kadmu i niklu z alkalicznym, zwykle roztworem wodorotlenku potasu (KOH) i wody. Akumulatory wodorków niklu-metalu są podobne, ale zastępują kadm międzymetaliczny związek wykonany z manganu, aluminium lub kobaltu zmieszanego z metali ziem rzadkich, takich jak PraseodyM, Lantanum i Cerium. Akumulatory litowe mogą stosować różne reakcje związane z związkami litowymi, z najczęstszym typem przy użyciu dwutlenku manganu (MNO 2 ) i roztworu nadchloratu litowego (Liclo > 4 ), dimetoksyetan (C 4 H 10 o
Elektroliza jest procesem elektrochemicznym, w którym prąd elektryczny stosuje się do wyzwalania reakcji chemicznych w substancji zawierającej wolne jony, zwane elektrolitem. Elektrolit jest stopiony lub rozpuszczony w rozpuszczalniku, a dwie elektrody, zwane anodą i katodą, są w nim zanurzone. Gdy między elektrodami stosuje się potencjał elektryczny, energia elektryczna zaczyna przepływać między nimi, a każda elektroda zaczyna przyciągać jony przeciwne do własnego ładunku. Jony zyskują lub tracą elektrony na elektrodach, powodując utlenianie cząsteczek w pobliżu anody i redukcja osób w pobliżu katody. Elektroliza stosuje się w wielu obszarach procesów przemysłowych, w tym w metalurgii, produkcji chemikaliów, takich jak chloran potasu i (KCLO 3 ) Kwas trifluorooctowy (C 2 HF 3 o