Electrochimia este o ramură a științei chimice care are în vedere sistemele și limitele de interfaze atunci când un curent electric trece prin acestea , se studiază procesele în conductori , pe electrozi (din metale sau semiconductori , inclusiv grafit ) și în conductorii ionici ( electroliți ). Electrochimia explorează procesele de oxidare și reducere care au loc pe electrozi separați spațial, transferul de ioni și electroni . Transferul direct de sarcină de la moleculă la moleculă nu este luat în considerare în electrochimie.
Secolul al XVI-lea marchează începutul studiului electricității. De 17 ani, omul de știință englez William Gilbert a studiat magnetismul și, într-o oarecare măsură, electricitatea. Cercetările sale au avut un impact uriaș asupra dezvoltării cunoștințelor despre magnetism și electricitate. A devenit cunoscut drept „Părintele magnetismului”.
În 1663, fizicianul german Otto von Guericke creează primul generator electric care generează electricitate statică prin frecare. Generatorul era o minge de sticlă cu un mâner acoperit cu un strat gros de sulf. Mingea a fost rotită cu mâna și când a fost frecata de vârful degetelor, s-a format o scânteie electrică. Bila încărcată a fost folosită în experimente cu electricitate.
La mijlocul secolului al XVIII-lea, fizicianul francez Charles Francois Dufay (Charles François de Cisternay du Fay) a ajuns la concluzia că există două tipuri de electricitate statică. El exprimă opinia că electricitatea este formată din două „fluide” : pozitivă și negativă. Spre deosebire de această teorie , B. Franklin sugerează că electricitatea statică constă dintr-un „fluid”, iar sarcina este explicată prin excesul sau lipsa unui astfel de fluid.
În 1781 , Charles Augustin Coulomb (Charles-Augustin de Coulomb) expune „Legea lui Coulomb” descriind interacțiunea corpurilor încărcate.
Un mare impuls dezvoltării electrochimiei l-au dat experimentele din 1771 ale anatomistului și fiziologului italian Luigi Galvani cu mușchii unei broaște disecate. Galvani a descoperit că atunci când două metale diferite conectate printr-un conductor sunt aplicate mușchilor, mușchii broaștei se contractă. În 1791 este publicată lucrarea sa intitulată „De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius” („Tratat despre forțele electricității în mișcarea musculară”), în care Galvani vorbește despre existența „electricității animale”, care este activată în mușchi și nervi atunci când doi li se aplica metale . Această lucrare a devenit o senzație. El credea că această nouă forță era o formă de electricitate în plus față de forma „naturală” produsă de fulgerele produse de anghila electrică și forma „nenaturală” produsă prin frecare (electricitate statică). Se crede că în lucrările lui Galvani pentru prima dată există o presupunere despre relația dintre reacțiile chimice și electricitate. 1791 este considerată „ziua de naștere” a electrochimiei. Mulți oameni de știință au acceptat teoria lui Galvani, dar A. Volta (Alessandro Volta) a fost împotriva ei. Volta crede că mușchii sunt doar conductori de curent electric, dar nu sunt sursa acestuia. Apoi Galvani demonstrează un experiment în care mușchii s-au contractat atunci când li s-a aplicat un metal, precum și fără metal - când nervul femural a fost conectat la mușchi. A. Volta studiază de 8 ani organele anghilelor și razelor care generează electricitate. Rezultatul cercetărilor sale a fost fabricarea în 1799 a primei surse de curent chimic - „stâlpul vultaic” . A fost o sursă extrem de importantă (cu mult înainte de apariția generatoarelor ) de curent electric, care a contribuit la apariția multor descoperiri, în special, prima producție în 1808-1809. Omul de știință englez Humphry Davy (Humphry Davy) sub formă pură de metale precum sodiu , potasiu , bariu , stronțiu , calciu și magneziu .
La sfârşitul secolului al XVIII-lea. Fizicianul german Wilhelm Ritter (Johann Wilhelm Ritter) scrie articolul „Galvanism” și creează un acumulator simplu . Cu W. Nicholson ) realizează descompunerea apei în hidrogen şi oxigen prin electroliză . La scurt timp după aceea, W. Ritter dezvoltă procesul de galvanizare . El observă că cantitatea de metal depusă, precum și cantitatea de oxigen formată, depind de distanța dintre electrozi. Până în 1801, Ritter observă curentul termoelectric și își încredințează studiul lui Thomas Seebeck (Thomas Johann Seebeck).
În 1820, H. K. Oersted a descoperit efectul magnetic al curentului electric, care a fost o descoperire de referință. André -Marie Ampère repetă experimentul lui Oersted și îl descrie matematic.
În 1821, fizicianul germano-eston T. Seebeck demonstrează apariția unui potențial termoelectric în punctul de joncțiune a două metale diferite, în prezența unei diferențe de temperatură în acest punct.
În 1827, omul de știință german Ohm (Ohm, Georg Simon) își prezintă legea în celebra carte Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet” (circuit galvanic, procesare matematică) și își descrie complet teoria electricității.
În 1832, celebrul fizician englez Michael Faraday a descoperit legile electrolizei și a introdus concepte precum electrod , electrolit , anod , catod , anion , cation .
În 1836, D. Daniel creează o sursă primară de curent. Daniel se ocupă de problema polarizării. În 1839, fizicianul englez William Robert Grove (Grove) creează prima celulă de combustibil . În 1866, francezul Georges Leclanché brevetează un nou element - celula galvanică zinc-carbon .
În 1884, Svante August Arrhenius și-a publicat disertația „Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytesc” (Cercetări privind conductibilitatea galvanică a electroliților). El spune că electroliții se descompun atunci când sunt dizolvați în ioni pozitivi și negativi.
În 1886, Paul Louis Toussaint (Paul Héroult) și Charles Hall (Charles M. Hall), simultan și independent, dezvoltă o metodă industrială de producere a aluminiului prin electroliză bazată pe legile lui Faraday .
În 1894, Friedrich Ostwald finalizează cercetări importante privind conductivitatea electrică și electrodisociarea acizilor organici .
În 1888, W. Nernst a dezvoltat teoria forței electromotoare a unei celule primare formată din doi electrozi separați de o soluție de electrolit. El derivă o ecuație cunoscută sub numele de Ecuația Nernst , ecuația pentru forța electromotoare în funcție de concentrația ionilor.
Dezvoltarea rapidă a electrochimiei. În 1902, a fost creată o societate electrochimică, The Electrochemical Society (ECS). 1949 - înființarea Societății Internaționale de Electrochimie, Societății Internaționale de Electrochimie (ISE). În 1959, omul de știință ceh Jaroslav Heyrovský a primit Premiul Nobel pentru inventarea și dezvoltarea unui nou tip de analiză electrochimică - polarografie .
În mod tradițional, electrochimia este împărțită în teoretică și aplicată.
Electroliza necesită o sursă externă de energie electrică, care asigură apariția și menținerea unui potențial forțat și fluxul proceselor electrochimice la anod și catod plasate într- o celulă electrolitică (de exemplu, într-un electrolizor industrial ).
Coroziunea este un termen aplicat de obicei procesului de distrugere a metalelor prin rugina , care este cauzat de procese electrochimice.
Majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu coroziunea fierului, sub formă de rugina portocaliu-maro sau negru-maro. În fiecare an, coroziunea distruge aproximativ 10% din metalele feroase topite. Alte exemple sunt apariția petelor negre pe argint sau înverzirea cuprului . Costul înlocuirii obiectelor metalice deteriorate de coroziune este de miliarde de dolari SUA pe an.
Studiile în soluții apoase sunt limitate de stabilitatea electrochimică a apei ca solvent. Electroliza mediilor topite nu este întotdeauna acceptabilă, deoarece sistemele de sare simple și complexe, inclusiv topiturile eutectice, au un punct de topire prea ridicat. Soluțiile neapoase în solvenți organici, în dioxid de sulf lichid etc., fac posibilă realizarea multor procese care sunt prea consumatoare de energie sau complet imposibile în apă sau topituri.
| Articole legate de electroliza | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||
| |||||||