Էլեկտրաքիմիա

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

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

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 նաև 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 )։

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 հանրագիտարանից  (հ․ 4, էջ 26)։