الکتروشیمی چیست؟ اگر دانشجوی شیمی باشید و یا یگ دانش آموز مدرسه، حتما به موارد متعددی از واکنش های اکسایش و کاهش برخوردید و یا حداقل نام سل های گالوانی، الکترولیتی و… را شنیده اید. حتما به شما گفته اند که همه این ها در حوزه الکتروشیمی تعریف شده است.
اما آیا تا به حال به این فکر کرده اید که الکتروشیمی چیست؟ چه کاربردی دارد؟ و چرا ما بااااید الکتروشیمی بدانیم؟ برای پاسخ به این سوالات، لازم است تا کمی عمیق تر شده و از لایه های پایین تری شروع کنیم. بیایید به ساختار اتم نگاهی بیندازیم و با آن شروع کنیم.
همه ما می دانیم که در هر اتمی یک یا چند الکترون و یک هسته حاوی پروتون و نوترون وجود دارد. و نیز می دانیم که آنچه باعث برقراری پیوند های شیمیایی می شود، به اشتراک گذاشتن و یا انتقالات الکترونی است. روش های مختلفی برای این به اشتراک گذاری و یا انتقال الکترونی وجود دارد که درباره آن ها صحبت نمی کنیم.
صرفا قصد من این بود که بگویم انتقالات الکترونی چقدر اهمیت دارد. اصلا اگر بخواهم در یک جمله ساده درباره انتقالات و اشتراکات الکترونی صحبت کنم؛ می گویم که شیمی، اساسا روی همین فرآیند ها بنا گذاری شده است. پس ما باید به این جمله توجه کنیم: شیمی یعنی انتقالات و اشتراکات الکترونی بین اتم ها.
فرآیند های الکتروشیمیایی چه هستند؟
به طور ساده، بسیاری از واکنش ها قابل توضیح هستند. مثلا ما به آسانی می توانیم توضیح دهیم که چرا و چگونه از واکنش بین هیدروژن و کلر، هیدروکلریک اسید ایجاد می شود. یا مثلا به آسانی می توانیم توضیح دهیم که چگونه کمپلکس گوگرد هگزا فلوئورید تجزیه می شود و…
در این نوع واکنش ها، یک انتقال یا به اشتراک گذاری الکترونی بین اجزای مختلف اتفاق می افتد و محصول نهایی از واکنش دهنده ها ایجاد می شود. اما گاهی فرآیند به همین سادگی نیست. خود مولکول ها و یا ساختار های موجود واکنش نمی دهند؛ بلکه ما آن ها را مجبور به انجام واکنش می کنیم.
این واکنش می تواند در راستای ایجاد و حتی شکستن پیوند نیز باشد. مثلا، ما می توانیم با اعمال یک اختلاف پتانسیل مشخص به یک لیوان آب، آن را مجبور کنیم که به هیدروژن و اکسیژن تجزیه شود. در حالی که این تجزیه، در طبیعت به سختی و با مکانیسم های پیچیده و در مقیاس بسیار کم اتفاق می افتد.
بنابراین، ما با استفاده از الکتریسیته، یک ماده را مجبور به انجام واکنشی می کنیم که پیش از این، به طور طبیعی قابل انجام نبوده و یا اگر قابل انجام بوده با شدت بسیار جزئی انجام می شده و حالا ما آن را با سرعت خیلی بالاتری انجام می دهیم.
الکتروشیمی چیست؟
همانطور که در بالا اشاره شد؛ ما می توانیم با استفاده از نیروی الکتریسیته، ماده را مجبور به انجام واکنش کنیم. واکنشی که بدون وجود این نیرو، شاید هرگز به طور طبیعی انجام نمی شد. اما الکتروشیمی چیست؟
الکتروشیمی به لحاظ لغوی از دو بخش الکترو که از الکتریسیته و شیمی تشکیل شده است؛ بنابراین در ساده ترین نتیجه گیری می توان گفت که الکتروشیمی یعنی بخشی از شیمی که توسط الکتریسیته امجام می شود. حال این خود نیز قابل تقسیم به دو بخش جدید می باشد.
یکی واکنش هایی هستند که ما با استفاده از الکتریسته آن ها را مجبور به انجام می کنیم؛ بخش دیگر نیز واکنش هایی هستند که با انجام شدنشان برای ما الکتریسیته تولید می کنند. هر دو این ها در حوزه الکتروشیمی بحث شده و بررسی می شود. مثلا پیل های الکتروشیمیایی و گالوانی از این دست مطالب هستند.
البته الکتروشیمی فقط به این موارد محدود نمی شود. بحث سنسور ها، فرآیند های الکترووینینگ، فرآیند های اکسایش و کاهش و… همه و همه در حوزه الکتروشیمی مطرح شده و بررسی می شوند. در الکتروشیمی، دو علم، یعنی الکتریک و شیمی به هم می رسند و بر هم اثر گذاشته و از هم اثر می پذیرند.
الکتروشیمی چه کاربردی دارد؟
همانطور که در بالا اشاره شد؛ الکتروشیمی محل طلاقی شیمی و الکتریسیته است. پس ما می توانیم با ابزار های ساده اندازه گیری جریان الکتریسیته، درباره واکنش های شیمیایی که انجام می شود بحث و بررسی کنیم. به عنوان مثال، ما می توانیم یک سنسور طراحی کنیم که بتواند با استفاده از اندازه گیری رسانایی الکتریکی یک محلول، مقدار یک نمک حل شده در حلال را اندازه گیری کند.
یا مثلا می توانیم یک سل الکتروشیمیایی طراحی کنیم که بتواند با انجام یک واکنش شیمیایی برق تولید کرده و ما بتوانیم با استفاده از این برق، یک کار خاص مثل روشن کردن و به کار انداختن یک موتور را انجام دهیم و… به طور کلی، الکتروشیمی در حوزه های متعددی کاربرد داشته و توسعه یافته است.
یکی از پرکاربرد ترین موارد استفاده از الکتروشیمی، استفاده از فرآیند های استخراج و استحصال فلزات است. فرآیند هایی مثل تولید کاتد مس، تولید کاتد روی و امثال این ها، صرفا با الکتروشیمی و فرآیندی موسوم به الکترووینینگ قابل انجام می باشد.
