Elektrokemialliset

Elektrokemialliset ilmiöt ovat kemiallisia prosesseja, joissa sähköenergia kytkeytyy kemiallisiin reaktioihin. Niihin kuuluu sekä elektrolyysi, jossa sähkövirta saa aikaan kemiallisia muutoksia elektrolyyttissä, että galvaninen solu, jossa kemiallinen reaktio tuottaa sähköenergiaa. Elektrokemia tutkii, miten elektronien siirtyminen ja ionien kulku vaikuttavat reaktioihin sekä miten näitä prosesseja voidaan ohjata käyttämällä elektrodit ja sähköistä yhteyttä.

Keskeisiä käsitteitä ovat redox-reaktiot, joissa elektronit siirtyvät aineesta toiseen. Elektrodit ovat sähköä johtavia pinnat, joiden välillä elektronit liikkuvat; elektrolyytti on ioniyhteydessä oleva aine, joka mahdollistaa sähköenergian ja kemiallisen energian muuntamisen. Galvaniset solut ja elektrolyysit ovat kaksi päätyyppiä elektrokemiallisia prosesseja: galvanisessa solussa kemiallinen reaktio tuottaa sähkövirtaa, kun taas elektrolyysissä ulkoinen sähköenergia pakottaa kemiallisia reaktioita tapahtumaan.

Teoreettisista perusteista merkittäviä ovat Faradayn lait, jotka yhteydessä sähkövarauksen määrän kemialliseen massamuutokseen, sekä Nernstin yhtälö, joka kuvaa elektrodipotentiaalien riippuvuutta olosuhteista. Standardi elektrodipotentiaalit kertovat, kuinka herkästi elektrodin aine pelkistyy tai hapettua tietyissä olosuhteissa.

Sovellukset ulottuvat monille aloille. Akku- ja polttoaineteknologia perustuu elektrokemiallisiin reaktioihin kemian ja sähkövoiman välillä. Elektrolyysiä hyödynnetään metallien jalostuksessa ja puhdistuksessa sekä keinotekoisessa tuotannossa kuten vedyn tai kliinisessä diagnoositoiminnoissa. Elektrokemiallista analytiikkaa, kuten voltammetriaa ja potentiometriaa, käytetään mittaamiseen ja karakterisointiin. Historiallisesti keskeisiä ovat tutkijat Alessandro Volta, Luigi Galvani ja Michael Faraday, joiden työn kautta syntyi moderni elektrochemian ala.