Τι είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία;
Μια ηλεκτροχημική διαδικασία είναι μια χημική αντίδραση που είτε προκαλεί είτε προκαλείται από την κίνηση του ηλεκτρικού ρεύματος.Αυτές οι διεργασίες είναι ένας τύπος αντίδρασης μείωσης οξείδωσης στην οποία ένα άτομο ή μόριο χάνει ένα ηλεκτρόνιο σε άλλο άτομο ή μόριο.Στις ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, τα άτομα ή τα μόρια στην αντίδραση είναι σχετικά μακριά μεταξύ τους σε σύγκριση με άλλες αντιδράσεις, αναγκάζοντας τα ηλεκτρόνια να μεταφερθούν για να ταξιδεύουν μεγαλύτερη απόσταση και έτσι να παράγουν ένα ηλεκτρικό ρεύμα.Πολλά φυσικά φαινόμενα βασίζονται σε ηλεκτροχημικές διεργασίες, όπως η διάβρωση των μετάλλων, η ικανότητα ορισμένων θαλάσσιων πλασμάτων να παράγουν ηλεκτρικά πεδία και στη λειτουργία των νευρικών συστημάτων ανθρώπων και άλλων ζώων.Διαδραματίζουν επίσης σημαντικό ρόλο στη σύγχρονη τεχνολογία, κυρίως στην αποθήκευση της ηλεκτρικής ενέργειας στις μπαταρίες, και η ηλεκτροχημική διαδικασία που ονομάζεται ηλεκτρόλυση είναι σημαντική στη σύγχρονη βιομηχανία.Ακόμη και τα πρωτόγονα ζώα στις πολύπλοκες ικανότητες μάθησης και συλλογιστικής των ανθρώπων, εξαρτώνται από ηλεκτροχημικές διεργασίες.Οι νευρώνες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές διεργασίες για τη μετάδοση πληροφοριών μέσω του νευρικού συστήματος, επιτρέποντας στο νευρικό σύστημα να επικοινωνεί με τον εαυτό του και με το υπόλοιπο σώμα.Για να στείλετε ένα σήμα, οι χημικές διεργασίες στον νευρώνα παράγουν μια ηλεκτρική ώθηση που αποστέλλεται μέσω μιας επιμήκους δομής που ονομάζεται άξονος μέχρι να φτάσει στη σύναψη, το σημείο επαφής μεταξύ του νευρώνα και των γειτονικών κυττάρων.Στη συνάθροιση, η ηλεκτρική ενέργεια προκαλεί την απελευθέρωση χημικών ουσιών που ονομάζονται νευροδιαβιβαστές, οι οποίοι διασχίζουν τη σύναψη στο κύτταρο που σηματοδοτείται.Οι νευροδιαβιβαστές στη συνέχεια χημικά συνδέονται με δομές που ονομάζονται υποδοχείς στο κύτταρο στόχου, ξεκινώντας περαιτέρω βιοχημικές διεργασίες μέσα σε αυτό.
Η ικανότητα των ψαριών όπως τα ηλεκτρικά χέλια, τα stargazers και οι τορπιλές ακτίνες για την παραγωγή ηλεκτρικών πεδίων είναι το αποτέλεσμα μιας ηλεκτροχημικής διαδικασίας.Τα ηλεκτρικά ψάρια διαθέτουν εξειδικευμένα κύτταρα που ονομάζονται ηλεκτροκύτταρα.Οι πρωτεΐνες μεταφοράς δεσμεύονται με θετικά ιόντα καλίου και νατρίου στο κύτταρο και μεταφέρουν τα μακριά, δημιουργώντας ένα ηλεκτρικό φορτίο στο κελί.Όταν απαιτείται αυτή η ηλεκτρική ενέργεια, ένα μέρος του νευρικού συστήματος που ονομάζεται πυρήνας μυελικής εντολής στέλνει μια ηλεκτρική ώθηση σε άλλα νευρικά κύτταρα, τα οποία ενεργοποιούν την απελευθέρωση της ακετυλοχολίνης νευροδιαβιβαστή.Οι δεσμοί νευροδιαβιβαστών με τους υποδοχείς ακετυλοχολίνης των ηλεκτροκυττάρων, οι οποίοι ενεργοποιούν την απελευθέρωση του φορτίου ηλεκτροκυττάρων. Οι ηλεκτρικές μπαταρίες χρησιμοποιούν ηλεκτροχημικές διεργασίες για την αποθήκευση και απελευθέρωση ηλεκτρικής ενέργειας.Οι χημικές αντιδράσεις εντός των ηλεκτρικών κυττάρων που αποτελούν τη μπαταρία δημιουργούν μια διαφορά στη φόρτιση μεταξύ των δύο μισών κάθε κυττάρου, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα.Οι επαναφορτιζόμενες μπαταρίες παράγουν ηλεκτρική ενέργεια με χημικές αντιδράσεις που είναι αναστρέψιμες και έτσι μπορούν να επιστραφούν στην αρχική χημική διαμόρφωση τους εάν η ηλεκτρική ενέργεια εφαρμόζεται από μια εξωτερική πηγή.Οι αντιδράσεις σε μη επαναλαμβανόμενες μπαταρίες δεν έχουν αυτή την ποιότητα, αν και συνήθως παράγουν περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από μια επαναφορτιζόμενη μπαταρία μπορεί να παρέχει σε ένα μόνο φορτίο.
Μια ποικιλία διαφορετικών χημικών αντιδράσεων χρησιμοποιούνται στις μπαταρίες.Οι μπαταρίες νικελίου-καδμίου, οι οποίες χρησιμοποιούνται συνήθως σε φώτα και οικιακές συσκευές, βασίζονται σε ξεχωριστές αντιδράσεις καδμίου και νικελίου με αλκαλικό, συνήθως ένα διάλυμα υδροξειδίου του καλίου (ΚΟΗ) και νερό.Οι μπαταρίες υδριδίου νικελίου-μετάλλου είναι παρόμοιες, αλλά αντικαθιστούν το κάδμιο με μια διαμεταλλική ένωση από μαγγάνιο, αλουμίνιο ή κοβάλτιο που αναμιγνύεται με μέταλλα σπάνιων γαιών όπως το πραζοδέμιο, το λανθάνιο και το δημητριακό.Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να χρησιμοποιήσουν μια ποικιλία αντιδράσεων που περιλαμβάνουν ενώσεις λιθίου, με τον πιο κοινό τύπο χρησιμοποιώντας διοξείδιο του μαγγανίου (MnO
2) και ένα διάλυμα υπερχλωρικού λιθίου (Liclo
4),(C 4 H 10 o 2 ) και το ανθρακικό προπυλενίου (C 4 H 6 o 3 )
Η ηλεκτρόλυση είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία στην οποία χρησιμοποιείται ηλεκτρικό ρεύμα για να ενεργοποιηθεί η χημική ουσίααντιδράσεις σε μια ουσία που περιέχει ελεύθερα ιόντα, που ονομάζεται ηλεκτρολύτη.Ο ηλεκτρολύτης είτε λειώνεται είτε διαλύεται σε έναν διαλύτη και δύο ηλεκτρόδια, που ονομάζονται άνοδο και κάθοδο, βυθίζονται σε αυτό.Όταν εφαρμόζεται ένα ηλεκτρικό δυναμικό μεταξύ των ηλεκτροδίων, η ηλεκτρική ενέργεια αρχίζει να ρέει μεταξύ τους και κάθε ηλεκτρόδιο αρχίζει να προσελκύει ιόντα με το αντίθετο του δικού του φορτίου.Τα ιόντα κερδίζουν ή χάνουν ηλεκτρόνια στα ηλεκτρόδια, προκαλώντας οξείδωση μορίων κοντά στην άνοδο και μείωση εκείνων κοντά στην κάθοδο.Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιείται σε πολλές περιοχές των βιομηχανικών διεργασιών, συμπεριλαμβανομένης της μεταλλουργίας, της παραγωγής χημικών ουσιών όπως το χλωρικό κάλιο και το τριφθοροξικό οξύ (C 2 Hf 3 2 ) και η εκχύλιση εξαιρετικάΤα αντιδραστικά στοιχεία που δεν βρίσκονται στη στοιχειώδη μορφή τους στη φύση, όπως το νάτριο και το μαγνήσιο.