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 der 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 unterwegs, 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.Sogar primitive Tiere der komplexen Lern- und Argumentationsfähigkeiten des Menschen hängen von elektrochemischen Prozessen ab.Neuronen verwenden elektrochemische Prozesse, um Informationen über das Nervensystem zu übertragen, sodass das Nervensystem mit sich selbst und 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 in sich auslösen.
Die Fähigkeit von Fischen wie elektrischen Aalen, Sternengägern und Torpedostrahlen zur Erzeugung von elektrischen Feldern ist das Ergebnis eines elektrochemischen Prozesss.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 Neurotransmitter binden sich mit den Acetylcholinrezeptoren der Elektrozyten, was die Freisetzung der Elektrozytenladung auslöst.Chemische Reaktionen in den elektrischen Zellen, die die Batterie ausmachen, erzeugen einen Unterschied zwischen den beiden Hälften jeder Zelle und erzeugen einen elektrischen Strom.Wiederaufladbare Batterien erzeugen Elektrizität mit reversiblen chemischen Reaktionen und können daher in ihre ursprüngliche chemische Konfiguration zurückgegeben werden, wenn der Strom von einer externen Quelle angewendet wird.Die Reaktionen in nicht schärfbaren Batterien haben diese Qualität nicht, obwohl sie normalerweise mehr elektrische Leistung 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 Lithiumperchlorat (Liclo
4), D verwendet wird, D.Imethoxyethan (C 4 H 10 O 2 ) und Propylencarbonat (C 4 H 6 O 3 ).
Elektrolyse ist ein elektrochemischer Prozess, bei dem der elektrische Strom Chemikalie auslösen wirdReaktionen in einer Substanz mit freien Ionen, die als Elektrolyt bezeichnet werden.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, beginnt der Strom zwischen ihnen zu fließen, 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.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 ) und die Extraktion von hoher hoherreaktive Elemente, die nicht in ihrer elementaren Form in der Natur gefunden werden, wie Natrium und Magnesium.