Τι είναι η Ηλεκτροχημεία και οι Εφαρμογές της;

Η χημεία μπορεί να είναι ένα εκφοβιστικό θέμα, αλλά είναι παντού γύρω σου. Μπορεί να βλέπετε μια περιοχή χημείας σε δράση κάθε μέρα, ακόμα κι αν δεν γνωρίζετε το όνομά της. Αυτό ισχύει σίγουρα για έναν από τους πιο απειλητικούς κλάδους της επιστήμης, την ηλεκτροχημεία.

Ο αριθμός των συλλαβών στη λέξη και μόνο είναι αρκετός για να σε πετάξει. Παρόλο που μπορεί να ακούγεται πολύ τεχνικό ή μπερδεμένο, ωστόσο, μπορεί να είστε πιο εξοικειωμένοι με αυτό από ό,τι φαντάζεστε. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε αυτόν τον τύπο χημείας και μερικές από τις πολλές εφαρμογές του.

Η τομή χημικών αντιδράσεων και ηλεκτρισμού

Όσο τρομακτικό κι αν ακούγεται, το όνομα της ηλεκτροχημείας σας λέει ακριβώς τι είναι. Είναι ένας κλάδος της χημείας που ασχολείται με τον ηλεκτρισμό. Πιο συγκεκριμένα, μελετά πώς σχετίζεται ο ηλεκτρισμός με τις χημικές αντιδράσεις, εξετάζοντας πώς αυτές οι διαδικασίες κινούν τα ηλεκτρόνια. Είναι ένα είδος μείγματος μεταξύ χημείας και φυσικής.

Αυτή η επιστήμη ασχολείται πολύ με διαδικασίες που ονομάζονται αντιδράσεις οξείδωσης-αναγωγής ή εν συντομία οξειδοαναγωγή. Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής συμβαίνουν όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται από ένα χημικό ή στοιχείο σε άλλο, αλλάζοντας τις καταστάσεις οξείδωσης των ατόμων. Μπορείτε να δείτε αυτές τις διαδικασίες σε οτιδήποτε, από την καύση έως τη φωτοσύνθεση.

Ο Michael Faraday, ο πιο διάσημος φυσικοχημικός στην ιστορία, ήταν ηλεκτροχημικός ειδικά. Εάν γνωρίζετε για τα κλουβιά Faraday, έχετε μάθει για αυτήν την υποκατηγορία στο παρελθόν.

Κατανόηση Ηλεκτροχημικών Κυψελών

Μία από τις θεμελιώδεις έννοιες στην ηλεκτροχημεία είναι η ιδέα των ηλεκτροχημικών στοιχείων. Οι ηλεκτροχημικές κυψέλες είναι συσκευές που μπορούν είτε να παράγουν ηλεκτρισμό από χημικές αντιδράσεις είτε το αντίστροφο. Οι περισσότερες εφαρμογές ηλεκτροχημείας που θα βρείτε στην καθημερινή σας ζωή περιλαμβάνουν αυτά τα κύτταρα.

Σε γενικές γραμμές, τα ηλεκτροχημικά κύτταρα έχουν δύο ημιστοιχεία, το καθένα με διαφορετικό ηλεκτρόδιο, που ονομάζεται άνοδος και κάθοδος. Κάθε ηλεκτρόδιο βρίσκεται σε ένα διάλυμα ηλεκτρολύτη, το οποίο είναι διαφορετικό σε κάθε μισό στοιχείο. Όταν ολοκληρώσετε το κύκλωμα, συνδέοντας και τα δύο άκρα της κυψέλης, προκαλείται μια αντίδραση οξειδοαναγωγής που παράγει ηλεκτρισμό.

Αν αυτή η διαδικασία ακούγεται γνωστή, υπάρχει λόγος. Βλέπετε και χρησιμοποιείτε ηλεκτροχημικές κυψέλες όλη την ώρα σε αυτή που είναι ίσως η πιο κοινή εφαρμογή ηλεκτροχημείας — μπαταρίες.

Μπαταρίες

Οι μη επαναφορτιζόμενες μπαταρίες, όπως αυτές που βάζετε στο τηλεχειριστήριο της τηλεόρασής σας, είναι ένας τύπος βολταϊκού ηλεκτροχημικού στοιχείου. Εάν αλλάξετε μια μπαταρία ΑΑ, θα παρατηρήσετε ένα μεταλλικό κομμάτι σε κάθε άκρο της θήκης της μπαταρίας. Όταν τα μεταλλικά άκρα του AA αγγίζουν αυτά, ολοκληρώνετε το κύκλωμα της κυψέλης, παράγοντας ηλεκτρισμό.

Άλλα είδη μπαταριών είναι επίσης προϊόν ηλεκτροχημικών διεργασιών. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου στο τηλέφωνο και το φορητό υπολογιστή σας είναι ένα διαφορετικό είδος ηλεκτροχημικού στοιχείου, που δεν είναι βολταϊκό. Αν θυμάστε όταν τα τηλέφωνα Samsung έπαιρναν φωτιά, αυτή ήταν μια δυσλειτουργία που άλλαξε την αντίδραση οξειδοαναγωγής στην μπαταρία.

Όταν σκέφτεστε τις μπαταρίες, το μυαλό σας πιθανότατα δεν περιπλανιέται στη χημεία. Χωρίς χημεία, όμως, δεν θα τα είχατε.

Ηλεκτροεπιμετάλλωση &Ηλεκτροστίλβωση

Μια άλλη κοινή εφαρμογή ηλεκτροχημείας είναι η πρακτική της επιμετάλλωσης. Μπορεί να μην έχετε ακούσει για αυτήν τη διαδικασία πριν, αλλά σίγουρα την έχετε δει στην πράξη. Η ηλεκτρολυτική επίστρωση περιλαμβάνει την επίστρωση μιας επιφάνειας σε μέταλλο με τη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος.

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε την επιμετάλλωση για να αλλάξετε την εμφάνιση κάποιου πράγματος, αλλά τις περισσότερες φορές, οι άνθρωποι το χρησιμοποιούν για να κάνουν τα πράγματα πιο ανθεκτικά. Όπως θα μπορούσατε να μαντέψετε, το να καλύψετε κάτι σε ένα λεπτό στρώμα μετάλλου βοηθά στην προστασία του από τα στοιχεία. Θα το δείτε πολύ σε κοσμήματα και έπιπλα εξωτερικού χώρου.

Η ηλεκτροστίλβωση είναι μια μέθοδος φινιρίσματος που αφαιρεί υλικό από τα εξαρτήματά σας. Τα μέρη συνδέονται σε μια θετικά φορτισμένη μεταλλική ράβδο και βυθίζονται σε έναν ηλεκτρολύτη. Το ηλεκτρικό ρεύμα αφαιρεί τα ιόντα και το υλικό από κάθε μέρος για να επιτύχει πιο ομαλό φινίρισμα από τις παραδοσιακές τεχνικές φινιρίσματος.

Υγιεινή

Πολλά πράγματα στην υγιεινή χρησιμοποιούν και ηλεκτροχημεία, μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται ηλεκτρόλυση. Η ηλεκτρόλυση είναι η πρακτική της χρήσης ηλεκτρισμού για την έναρξη μιας χημικής αντίδρασης. Πολλοί κατασκευαστές χρησιμοποιούν αυτή τη διαδικασία για να διαχωρίσουν την άλμη σε υδροξείδιο νατρίου και χλώριο.

Αφού διαχωρίσουν αυτές τις χημικές ουσίες, οι κατασκευαστές τις χρησιμοποιούν σε μια ποικιλία προϊόντων καθαρισμού. Θα βρείτε χλώριο σε οτιδήποτε, από αντισηπτικά μέχρι απολυμαντικά και συστήματα καθαρισμού νερού. Χωρίς ηλεκτρόλυση, η χρήση αυτών των χημικών ουσιών θα ήταν είτε πιο δύσκολη είτε πιο ακριβή.

Όπως και στις μπαταρίες, πρέπει να κρατάτε χωριστά τα δύο προϊόντα αυτού του είδους ηλεκτρόλυσης. Εάν αναμειχθούν ξανά μετά τον διαχωρισμό, μπορεί να σχηματίσουν χλωρικό νάτριο, το οποίο μπορείτε να βρείτε στη χλωρίνη.

Η ηλεκτροχημεία είναι παντού

Μπορεί να μην έχετε ακούσει για την ηλεκτροχημεία πριν διαβάσετε αυτό το άρθρο, αλλά τη βλέπετε συνέχεια. Όπως οι περισσότερες επιστήμες, είναι παντού στη ζωή, τόσο στον φυσικό κόσμο όσο και στα προϊόντα που χρησιμοποιείτε καθημερινά. Από τα ηλεκτρονικά έως τα χημικά καθαρισμού, μπορείτε να βρείτε πραγματικά παραδείγματα ηλεκτροχημικών διεργασιών σχεδόν παντού.

Ακούγεται σαν ένα περίπλοκο θέμα, αλλά δεν είναι κάτι που βλέπετε μόνο σε εργαστήρια και ταινίες επιστημονικής φαντασίας. Ακόμα κι αν δεν είστε εξοικειωμένοι με το όνομα, γνωρίζετε και έχετε βιώσει αυτές τις διαδικασίες ξανά και ξανά. Τώρα μπορείτε επιτέλους να βάλετε ένα όνομα σε αυτό.