Էլեկտրաքիմիա

Վիքիպեդիայից՝ ազատ հանրագիտարանից

Էլեկտրաքիմիա, ֆիզիկական քիմիայի բաժին, ուսումնասիրում է իոններ պարունակող համակարգեր, ինչպես նաև երկու ֆազերի սահմանում լիցքավորված մասնիկների (իոնների և էլեկտրոնների) մասնակցությամբ ընթացող պրոցեսներ։ Երկֆազ համակարգում ֆազերից մեկը մետաղ է կամ կիսահաղորդիչ, մյուսը՝ էլեկտրոլիտի լուծույթ կամ հալույթ։ Տվյալ դեպքում էլեկտրոքիմիան գիտություն է, որն ուսումնասիրում է մետաղի կամ կիսահաղորդիչի լիցքերի փոխազդեցությունը լուծույթի իոնների և մոլեկուլների կամ հալույթի իոնների հետ։

Պատմություն[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Առաջին էլեկտրաքիմիական ուսումնասիրությունները կատարվել են XIX դարի սկզբին, երբ հայտնաբերվեց հոսանքի առաջին քիմիական աղբյուրը՝ Վոլտայի սյունը (Ա. Վոլտա, 1800), որի կիրառումը հնարավորություն տվեց բացահայտել առաջին (մետաղներ) և երկրորդ (էլեկտրոլիտներ) կարգի հաղորդիչների սահմանում տեղի ունեցող երևույթները։ Պարզվեց, որ էլեկտրոլիտի լուծույթով էլեկտրական հոսանք անցնելիս հնարավոր է քիմիական փոխարկում։ Այս երևույթը կոչվեց էլեկտրոլիզ, որի օգնությամբ ջուրը տարրալուծվեց ջրածնի և թթվածնի, իսկ խոնավ KOH-ից և NaOH-ից առաջին անգամ անջատվեցին K և Na (Հ. Դևի, 1807)։1807)։XIX դարի 30-ականներին Ս. Ֆարադեյը ձևակերպեց էլեկտրոլիզի քանակական օրենքները (տես Ֆարադեյի օրենքներ)։ էլեկտրոլիտների լուծույթների էլեկտրահաղորդականությունը և դրանց ֆիզիկական ու քիմիական հատկությունները բացատրելու համար ձևակերպվեց էլեկտրոլիտային դիսոցման տեսությունը (Ս. Արենիուս, 1887)։ Էլեկտրոքիմիայի զարգացման կարևոր փուլերից մեկը կապված էր գալվանական էլեմենտի էլեկտրաշարժ ուժի (էլշու) առաջացման մեխանիզմի և քիմիական էներգիան էլեկտրականի փոխակերպելու (կամ ընդհակառակը) պարզաբանման հետ։ Ըստ Վոլտայի, գալվանական էլեմենտում էլեկտրական էներգիան առաջանում է երկու տարբեր մետաղների կոնտակտի շնորհիվ, իսկ էլշուն պայմանավորված է բացառապես կոնտակտային պոտենցիալների տարբերությամբ։ էներգիայի պահպանման օրենքի հայտնագործումից հետո էլշուի համար առաջ քաշվեց քիմիական տեսություն, որն իր վերջնական արտահայտությունը գտավ Վ. Նեռնստի աշխատանքներում։ Ըստ Նեռնստի (1889), գալվանական էլեմենտի էներգիան պայմանավորված է քիմիական ռեակցիայի էներգիայով։ Ցանկացած գալվանական շղթայի հիմքում ընկած է օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիա։ Բացասական էլեկտրոդի վրա տեղի է ունենում օքսիդացում, իսկ դրականի վրա՝ վերականգնում. Zn+ Cu2+ = Zn2++ Cu կամ Zn+CuSO4 = ZnS04+Cu։ Գալվանական էլեմենտի էլշուն պայմանավորված է կրկնակի էլեկտրական շերտով, որն առաջանում է, երբ մետաղի և էլեկտրոլիտի լուծույթի միջև ստեղծված հավասարակշռության պայմաններում մետաղի իոններն անցնում են լուծույթ կամ լուծույթի իոնները՝ մետաղ։ Փորձնական ստուգումները չհաստատեցին Վոլտայի և Նեռնստի պատկերացումները։ Գալվանական էլեմենտում էլեկտրական էներգիայի և էլշուի պարզաբանումը հնարավոր եղավ միայն XX դարի 30—40-ականներին՝ բավարար քանակի փորձնական տվյալների կուտակման և մետաղների ֆիզիկայի զարգացման շնորհիվ։ Ըստ սովետական գիտնական Ա. Ֆրումկինի (1928), էլեմենտի էլշուի մեծությունը արտահայտվում է էլեկտրոդների սահմանում կոնտակտային պոտենցիալների տարբերությամբ և կրկնակի էլեկտրական շերտում՝ էլեկտրոդի և էլեկտրոլիտի լուծույթի սահմանում պոտենցիալի թռիչքի գումարով։ Ըստ էության այս տեսությունը Վոլտայի և Նեռնստի պատկերացումների համադրումն է։ Էլեկտրաքիմիայի զարգացման համար կարևոր դեր խաղաց նաև էլեկտրաքիմիական կինետիկան, որն ուսումնասիրում է էլեկտրաքիմիական պրոցեսների արագությունն ու մեխանիզմը։ Էլեկտրաքիմիական կինետիկան ընկած է մետաղների կոռոզիայի ժամանակակից տեսության հիմքում։

Կիրառությունը[խմբագրել | խմբագրել կոդը]

Էլեկտրոլիզի հայտնաբերումը մեծ խթան եղավ էլեկտրաքիմիայի գործնական կիրառության համար։ Ներկայումս ստեղծված է հզոր էլեկտրաքիմիական արդյունաբերություն, որը ներառում է ջրային լուծույթների էլեկտրոլիզը, էլեկտրամետալուրգիան, գալվանատեխնիկան և այլն։ Առանց մետաղի անջատման էլեկտրոլիզով ստանում են՝ H2, Օ2, ծանր ջուր, Cl2, F2, H202, KMnO4, Mn02, գերսուլֆատներ, քլորատներ, գերքլորատներ ևն, իսկ հալված աղերի էլեկտրոլիզով՝ մետաղներ։ Էլեկտրաքիմիայի հետ է կապված օրանական նյութերի էլեկտրասինթեզը, որի օրինակներից է Կոլբեի էլեկտրաքիմիական սինթեզը։ Այս եղանակով ներկայումս ստանում են ադիպինաթթվի և սեբացինաթթվի էսթերներ, ինչպես նաե սեբացինաթթվի երկամիդ, որը թանկարժեք նյութ է պլաստմասսաների ստացման համար։ Օրգ. միացությունների էլեկտրաքիմիական սինթեզում հատուկ տեղ են գրավում էլեկտրահալոգենացման, մասնավորապես, էլեկտրաֆտորացման պրոցեսները։ Էլեկտրաֆտորացմամբ ստանում են՝ ֆտորացված սպիրտներ, ֆտորկարբոնաթթուներ, ֆտորպիրիդին և ֆտոր պարունակող օրգանական այլ միացություններ։ Էլեկտրաքիմիական սինթեզի եղանակը կիրառվում է նաև դեղանյութերի և վիտամինների ստացման ժամանակ միջանկյալ նյութեր սինթեզելու համար։

Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանի «Էլեկտրաքիմիա» հոդվածից (հ․ 4, էջ 26 )։ CC-BY-SA-icon-80x15.png