elektrokemiaan

Elektrokemia on kemian ala, joka tutkii sähköenergian ja kemiallisten reaktioiden välisiä vuorovaikutuksia. Se tarkastelee redoxreaktioita, elektrodien ja elektrolyyttien ominaisuuksia sekä sitä, miten sähkövirta voi synnyttää, ohjata tai mitata kemiallisia prosesseja. Keskeisiä käsitteitä ovat elektrodien potentiaalit, Faradayn lait sekä erilaiset sähkökemialliset solut.

Perusilmiöinä ovat elektrodin pinnan tapahtumat ja ionien siirtyminen liuoksesta toiseen. Standardipotentiaali kuvaa aineen taipumusta hapettaa tai pelkistyä. Nernstin yhtälö yhdistää nämä potentiaalit konsentraatioihin. Sähkökemialliset solut ja elektrolyysi jakautuvat galvanisiin (voltaisiin) soluihin, joissa spontaani sähkövirta syntyy reaktioista, sekä elektrolyysiin, jolloin sähköenergia pakottaa kemiallisia reaktioita.

Tutkimusmenetelmät ja työkalut sisältävät voltmetriaa, potentio­metriaa, kronoamperometriaa sekä elektrolyyttien ominaisuuksien mittaamista. Käytössä ovat referensselektrodit, kuten Ag/AgCl tai kalomel, sekä työelektrodeina grafiitti, platina tai muut materiaalit. Tekniikoita, kuten syklisten volttaukset ja coulometria, käytetään mittaamaan kulutetun tai tuotetun sähköenergian määrää.

Sovellukset kattavat akkujen ja superkapasitorien kehityksen sekä elektrolyysin teolliset prosessit, kuten natriumkloridin tuotannon, elektrolyyttisen pinnoituksen, korroosioneston sekä sensoriratkaisut ja mittausjärjestelmät. Elektrokemian avulla ohjataan kemiallisia reaktioita sekä energiavalmistelua ja materiaalien valmistusta.

Historia: Elektrokemian varhaiset kokeet syntyivät Voltan ja Galvanin töihin sekä Faradayn lakien kautta. 19. vuosisadalla Nernst kehitti yhtälöitä, jotka yhdistävät potentiaalit ja liuosten pitoisuudet. Nykyisin ala yhdistyy energiatekniikkaan, materiaalitutkimukseen ja ympäristöteknologiaan.