Elektrokeemia
Elektrokeemia on füüsikalise keemia haru, mis uurib keemiliste reaktsioonide ja elektriliste nähtuste vahelisi seoseid. Kitsama määratluse kohaselt on elektrokeemia teadus füüsikalis-keemilistest protsessidest, mis kaasnevad elektrivooluga või tekivad elektrivoolu toimel keemilistes ühendites.[1]
Elektrokeemia käsitleb ioone sisaldavate lahuste omadusi ning lahuse ja metalli (või pooljuhi) piirpinnal elektrilaengute (ioonide, elektronide) osavõtul toimuvaid protsesse. Elektrokeemia on tihedas seoses analüütilise keemia, kolloidkeemia ja biokeemiaga.[2]
Elektrokeemial rajanevad paljud tehnika ja tehnoloogia valdkonnad:
- tööstuslik elektrolüüs ja elektrokeemiline süntees,
- galvanotehnika,
- keemiliste vooluallikate tootmine,
- hüdrometallurgia,
- elektrokeemiline katmine ja metallipindade töötlemine,
- metallide korrosioonikindluse suurendamaine ja korrosioonitõrje,
- elektrokeemilised infomuundurid (detektorid, andurid),
- elektrokeemiline impedantsspektroskoopia.
Oksüdeerumine ja redutseerumine muuda
Pikemalt artiklis Redoksreaktsioon
Elektrokeemilise reaktsiooniga kaasneb alati oksüdatsiooniastme muutus. Kui aatom või molekul kaotab elektrone, on ta redutseerija ja ta ise oksüdeerub, ehk tema oksüdatsiooniaste kasvab (muutub positiivsemaks). Kui aatom või molekul saab elektrone juurde, on ta oksüdeerija ja ta ise redutseerub, ehk tema oksüdatsiooniaste langeb (muutub negatiivsemaks). Oksüdeerumis- ja redutseerumisprotsessid toimuvad alati paaris, sest elektronid peavad alati liikuma ühelt ainelt teisele, nad ei saa jääda üksi lahusesse. Sellist elektronide ülekandumist kahe aine vahel nimetatakse redoksreaktsiooniks.
Elektrokeemiline element muuda
- Pikemalt artiklis Keemiline vooluallikas
Elektrokeemiline element on seade, milles tekib elektrivool keemilise muundumise energia arvel. Elektrokeemilises elemendis toimub keemiline reaktsioon, kus oksüdeerumine ja redutseerumine on üksteisest ruumiliselt eraldatud. Kuna reaktsiooni toimumiseks on vaja elektronide ülekandumist, tekib elektroodidevahelises välisahelas elektrivool.[3] Elektrokeemiline element koosneb kahest elektrolüüdi lahusesse sukeldatud elektroodist, mis võivad olla tehtud metallist, grafiidist, pooljuhtidest, polüelektrolüütidest või muudest piisavalt hea elektrijuhtivusega materjalidest.
Lihtsaim näide elektrokeemilisest elemendist on galvaanielement. See koosneb kahest eraldatud nõus asuvast erinevast metallelektroodist, mis on sukeldatud vastava metalli soola lahusesse. Üks elektrood oksüdeerub, teine redutseerub. Elektrokeemilise elemendi puhul nimetatakse anoodiks elektroodi, kus toimub oksüdeerumine, ja katoodiks elektroodi, kus toimub redutseerumine. Anoodil loovutab elektrood elektrone katoodile ning elektroodi metallist tekivad positiivsed ioonid. Katoodil tekib elektronide ülejääk, mis antakse lahuses olevatele metalliioonidele; need sadestuvad neutraalsete metalliaatomitena elektroodile.
Et elemendis saaks tekkida elektrivool, peavad nõude vahel saama liikuda ka ioonid, sest muidu tekiks ühte nõusse negatiivne laeng ja teise positiivne laeng, mis ei ole praktiliselt võimalik. Lihtsaim viis tagada ioonide liikuvust on ühendada nõud poorse vaheseinaga, kust pääsevad küll läbi ioonid, kuid lahused omavahel praktiliselt ei segune.
Elektrolüüs muuda
- Pikemalt artiklis Elektrolüüs
Elektrolüüs on keemiline protsess], mis toimub elektrolüüdilahuses elektrivoolu toimel. Elektrolüüsi kasutatakse peamiselt selliste ainete sünteesiks, mida on tavaliste keemiliste reaktsioonidega raske või võimatu saada, näiteks alumiiniumi tootmine alumiiniumimaagist või naatriumi ja kloori süntees sula NaCl-st. Elektrolüüs toimub elektrolüüseris.
Korrosioon muuda
- Pikemalt artiklis Korrosioon
Korrosioon on üldmõistena metalli hävimine väliskeskkonna mõjul. Tihti mõeldakse selle all raua roostetamist, kuid korrosiooni mõiste alla käivad ka kõikide muude metallidega keskkonna mõjul toimuvad elektrokeemilised protsessid, näiteks vasele paatina teke jm. Mõnel metallil, näiteks alumiiniumil, tekib kiiresti peale tihe oksiidikiht, mis hakkab takistama edasist korrosiooni.
Rauarooste on poorne ja ei takista roostetamist. Raua roostetamise protsess on suhteliselt keeruline ja seda ei ole lõpuni tundma õpitud. Raua roostetamist soodustab hapnikurikas keskkond (näiteks vesi, niiske õhk) ja samuti sooli sisaldav keskkond, sest dissotsieerunud soola ioonid suurendavad vee elektrijuhtivust.
Vaata ka muuda
Viited muuda
Välislingid muuda
- Elektrokeemia 100+ katset keemias