Elektrokimia

Elektrokimia adalah cabang kimia yang berhubungan dengan reaksi kimia yang melibatkan arus listrik dan potensi . Beberapa reaksi kimia yang berjalan secara spontan dapat menghasilkan arus listrik, yang dapat digunakan untuk melakukan pekerjaan yang berguna, sedangkan reaksi kimia lainnya dapat dipaksa untuk diolah dengan menggunakan arus listrik. Meskipun semua ini mungkin terdengar agak esoterik, perangkat praktis berdasarkan reaksi-reaksi, dan banyak produk yang dibuat oleh reaksi-reaksi ini dikenal, dalam perangkat rumah tangga sehari-hari.

Contoh elektrokimia dalam Kehidupan Sehari-hari

Yang dikenal sehari-hari perangkat elektrokimia terbaik mungkin adalah baterai . Misalnya adalah baterai yang Anda gunakan dalam senter Anda, kamera digital, ia adalah sel elektrokimia .Baterai ini dibuat dengan bahan kimia tertentu di dalamnya, yang saling bereaksi satu dengan yang lain dan menghasilkan sebuah arus listrik segera setelah Anda menutup saklar. Setelah bahan kimia dalam sel semua habis, sel tersebut dibuang dan sel baru telah diinstal pada perangkat. Sebuah versi yang lebih canggih dari baterai dapat digunakan lagi setelah pengisian dengan listrik. Contoh baterai yang bisa diisi ulang adalah aki sebagai starter di mobil Anda yang telah ada selama lebih dari seratus tahun. Semua perangkat elektronik portabel (komputer laptop, handphone, dll) menggunakan baterai yang dapat diisi ulang . Beberapa baterai dapat digunakan kembali lebih dari seribu kali sebelum baterai itu harus diganti karena usia tua mereka.

Beberapa dari baterai yang digunakan dalam "hari ini mobil hybrid" dalam hubungannya dengan mesin bensin. Mereka juga menjadi calon sumber daya di dalam mobil yang penuh listrik, begitu berat baterai dan harga mereka bisa lebih jauh berkurang.

Dalam versi lain dari mobil listrik, daya akan diberikan oleh sel bahan bakar . Sel bahan bakar yang agak seperti baterai memiliki jumlah terbatas senyawa kimia yang dibentuk untuk dapat terus disuplai oleh bahan bakar. Sebuah mobil sel bahan bakar akan kadang-kadang diisi oleh bahan bakar, seperti mobil bensin hari ini-mesin. Bahan bakar kemungkinan besar akan hidrogen, tetapi penelitian yang dilakukan untuk menggunakan bahan bakar seperti bensin. Yang paling mungkin paling awal, aplikasi komersial praktis dari sel bahan bakar akan sumber daya untuk perangkat elektronik portabel, komputer lap-top, sel-telepon, dll Sel-sel bahan bakar akan digunakan sebagai bahan bakar alkohol, maka, bukan kadang-kadang pengisian perangkat dari sumber listrik, satu hanya perlu memasukkan cartridge bahan bakar baru. Kesulitan utama dengan sel bahan bakar adalah harga mereka.. Jika tidak, sel bahan bakar teknis yang handal dan baik-kerja telah tersedia selama beberapa dekade: program ruang angkasa AS telah menggunakan mereka secara rutin, sejak program Apollo. Tentu saja, harga spasi kapsul bukan pertimbangan utama, tapi kehandalan.

Banyak produk kimia sehari-hari dalam rumah tangga yang terhubung ke elektrokimia. "Bleach" terbuat dari produk-produk dari elektrolisis air garam ("klorin" dan "soda kaustik"), atau dapat dilakukan secara langsung dengan sel elektrokimia. Jika Anda memiliki kolam renang, Anda mungkin memiliki perangkat kecil untuk memproduksi secara lokal dalam jumlah kecil atau pemutih klorin, yang Anda butuhkan untuk memperlakukan air kolam Anda. Air minum Anda mungkin diobati dengan klorin, mungkin diproduksi di tempat oleh sel elektrokimia kecil atau dibeli dari perusahaan memproduksi dengan elektrolisis air garam. Klorin juga merupakan bahan dasar di banyak plastik, seperti PVC, digunakan di banyak rumah untuk perpipaan.

Banyak agen-agen pembersih, deterjen, sabun dibuat dengan soda "kostik" yang juga dihasilkan dalam air garam-sel elektrolisis. Semua kertas yang Anda gunakan dihasilkan dengan jumlah besar soda kaustik, dan itu mungkin diperlakukan oleh klorin untuk pemutih itu. Soda kaustik juga digunakan dalam penyusunan produk makanan banyak.

Segala sesuatu di sekitar anda yang terbuat dari aluminium dibuat oleh proses elektrokimia, yang praktis dan ekonomis-satunya cara untuk menghasilkan logam aluminium dari bijih. Banyak logam lainnya yang umum digunakan dapat dihasilkan dari bijih atau olahan (disucikan) oleh proses elektrokimia . Beberapa di antaranya adalah: tembaga, seng, perak, timah, dan banyak lagi. Logam artikel sering dilindungi dari korosi dengan lapisan mereka dengan logam tahan korosi lebih. Lebih sering daripada tidak, ini dilaksanakan oleh electroplating , plating chrome adalah contoh yang baik. Dekorasi pelapis juga diterapkan elektrokimia, peralatan dan perhiasan sering perak atau emas berlapis untuk memperbaiki penampilan. Kadang-kadang bagian seluruh perhiasan dibuat oleh elektrodeposisi proses yang disebut electroforming .

Lain pemakaian sehari-hari perangkat elektrokimia adalah dalam analisis kimia. Di laboratorium, teknik elektrokimia secara luas digunakan. Tetapi bahkan dalam kehidupan sehari-hari ada aplikasi elektrokimia. Sebagai contoh, sensor glukosa digunakan oleh penderita diabetes sering perangkat elektrokimia.

Di atas adalah gambaran singkat dan sepintas dari berbagai aspek kehidupan sehari-hari berhubungan dengan elektrokimia. Tapi bagaimana elektrokimia ini berbeda dari kimia secara umum? Apakah hubungan antara listrik dan kimia?

Isu sentral dalam elektrokimia

Reraksi elektrokimia adalah reaksi oksidasi reduksi selalu / dilakukan di bawah keadaan khusus. Oksidasi (setidaknya dalam bentuk sederhana) adalah jenis reaksi yang sangat terkenal. Kebanyakan orang akan segera memikirkan pembentukan karat, reaksi dari besi dengan oksigen dari udara untuk menghasilkan oksida besi, karat. Tapi kimia mendefinisikan oksidasi dengan cara yang jauh lebih umum, reaksi dengan gas oksigen adalah salah satu contoh dari oksidasi.

Atom dan molekul terdiri dari sebuah inti berat dengan elektron berputar-putar di sekitarnya. Definisi umum "oksidasi / reduksi" adalah sumbangan elektron oleh satu molekul atau atom lain. Spesies yang menyumbangkan elektron dikatakan "teroksidasi", dan spesies menerima elektron dikatakan "mengurangi". Oksidasi dan reduksi selalu terjadi bersama-sama, oksidasi selalu disertai oleh sesuatu yang berkurang, dan pengurangan selalu disertai oleh sesuatu yang teroksidasi. Elektron bisa berpindah dari suatu tempat ke tempat. Elektron-elektron ini adalah elektron yang sama yang membawa arus listrik pada rangkaian rumah tangga atau perangkat elektronik. Dalam kondisi normal, gerakan elektron antara atom-atom atau molekul tidak dapat digunakan untuk melaksanakan pekerjaan yang berguna, gerakan elektron yang terjadi dalam jarak sangat pendek, bisa dianggap sebagai “arus internal”. But, if the two parts of the reaction, the oxidation and the reduction, are separated by a large (atomically speaking) distance, and the two reaction sites are connected by a wire for the electrons to travel, now this “external current” can be used to carry out useful work, light a light bulb or run a motor. Tapi, jika dua bagian dari reaksi, oksidasi dan reduksi, dipisahkan oleh jarak (secara atomik) besar, dan kedua situs reaksi yang dihubungkan oleh sebuah kawat untuk elektron untuk berpindah, dinamalkan dengan " arus eksternal" dapat digunakan untuk melaksanakan pekerjaan yang bermanfaat, cahaya bola lampu atau menjalankan motor.

Salah satu contoh yang paling sederhana adalah oksidasi hidrogen dengan oksigen untuk menghasilkan air. Hal ini juga diketahui bahwa gas hidrogen mudah meledak jika dicampur dengan udara, campuran tidak stabil, semua yang dibutuhkan adalah percikan atau nyala api kecil untuk memulai reaksi, yang dari hasil secara spontan (dan eksplosif) untuk menghasilkan uap air. Dalam reaksi ini, elektron bergerak dari hidrogen ke oksigen, tapi "arus listrik" ini tidak berguna sehingga sangat disayangkan. Tapi ini adalah reaksi yang sama bahwa dalam sebuah "hidrogen-oksigen" sel bahan bakar dapat menghasilkan arus yang berguna (misalnya untuk menggerakkan sebuah mobil di masa mendatang).

Fig. Gambar. 1. 1. Prinsip operasi sel bahan bakar. (Disalin dari artikel tentang sel bahan bakar oksida padat .)

Seperti diilustrasikan dalam Gambar 1, hidrogen dan gas oksigen tidak diizinkan untuk mencampur dalam sel bahan bakar, mereka makan untuk dua struktur logam yang terpisah (yang elektroda sel bahan bakar) di mana mereka dapat menyumbangkan atau menerima elektron (hidrogen yang teroksidasi menyumbangkan elektron, sementara oksigen berkurang menerima elektron). Elektron kemudian berpindah dari satu elektroda ke yang lainnya melalui sebuah kabel eksternal, dan menghasilkan sebuah arus listrik yang bermanfaat. Pada elektroda perubahan permukaan arus dari elektronik untuk ion . Dalam sel bahan bakar, arus dilakukan dari satu elektroda ke yang lainnya melalui hanya ionically melakukan elektrolit (konduksi elektronik apapun secara internal akan pendek rangkaian sel bahan bakar). Ini pemisahan spasial dan bagian oksidasi reduksi oksidasi keseluruhan / reaksi reduksi adalah fitur penting dari elektrokimia. Elektron-elektron, bukan hanya berpindah dari satu atom atau molekul ke yang lain, tetapi dipaksa untuk bergerak melalui sebuah kabel eksternal, dan arus listrik yang dihasilkan tersedia untuk keperluan praktis dapat. Hal ini tentu saja lain, rincian yang terlibat, seperti yang akan disebutkan di bawah ini, tapi inti dari elektrokimia adalah pemisahan spasial bagian oksidasi (sumbangan elektron ke elektroda) dan bagian pengurangan (penerimaan elektron dari elektroda) reaksi secara keseluruhan. Reaksi sel bahan bakar ini adalah contoh yang baik dari satu jenis reaksi elektrokimia: reaksi kimia spontan menghasilkan listrik. Hidrogen dan oksigen yang sangat reaktif terhadap satu sama lain, mereka ingin bereaksi dan akan mengambil setiap kesempatan untuk melakukannya. Akibatnya, ketika mereka terpisah dan tidak dapat langsung bereaksi, mereka akan melakukannya jika elektroda yang tepat disediakan di mana mereka dapat menyumbangkan / menerima elektron dan gaya eksternal saat ini digunakan. Dalam jenis sel elektrokimia , reaksi kimia digunakan untuk menghasilkan energi listrik.