หนังสือเคมีไฟฟ้า

เคมีไฟฟ้าเป็นสาขาหนึ่งของเคมีที่เกี่ยวข้องกับความสัมพันธ์ระหว่างพลังงานไฟฟ้าและปฏิกิริยาเคมี โดยเกี่ยวข้องกับการศึกษาว่าปฏิกิริยาเคมีสามารถสร้างพลังงานไฟฟ้าได้อย่างไร (เช่นในแบตเตอรี่และเซลล์เชื้อเพลิง) และพลังงานไฟฟ้าสามารถขับเคลื่อนปฏิกิริยาเคมีได้อย่างไร (เช่นในอิเล็กโทรไลซิส) เคมีไฟฟ้ามีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางอุตสาหกรรมต่างๆ การจัดเก็บพลังงาน การป้องกันการกัดกร่อน และอื่นๆ ต่อไปนี้เป็นแนวคิดหลักและขอบเขตภายในเคมีไฟฟ้า:

1. **เซลล์ไฟฟ้าเคมี:** เซลล์ไฟฟ้าเคมีคืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าหรือในทางกลับกัน สองประเภทหลักคือเซลล์กัลวานิก (หรือที่เรียกว่าเซลล์โวลตาอิกหรือแบตเตอรี่) ที่ผลิตพลังงานไฟฟ้าจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นเอง และเซลล์อิเล็กโทรไลต์ที่ใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อขับเคลื่อนปฏิกิริยาที่ไม่เกิดขึ้นเอง

2. **ปฏิกิริยาแบบครึ่งเซลล์:** เซลล์เคมีไฟฟ้าประกอบด้วยครึ่งเซลล์สองเซลล์ โดยแต่ละเซลล์เกี่ยวข้องกับอิเล็กโทรดที่แช่อยู่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์เกิดขึ้นที่แต่ละอิเล็กโทรด ซึ่งเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนและไอออน

3. **อิเล็กโทรด:** อิเล็กโทรดเป็นวัสดุนำไฟฟ้า (มักเป็นโลหะหรือโพลีเมอร์นำไฟฟ้า) ซึ่งทำหน้าที่เป็นตำแหน่งสำหรับปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ อิเล็กโทรดที่เกิดออกซิเดชั่นคือขั้วบวก และอิเล็กโทรดที่เกิดปฏิกิริยารีดักชันคือแคโทด

4. **อิเล็กโทรไลต์:** อิเล็กโทรไลต์เป็นสารละลายที่มีไอออนและอำนวยความสะดวกในการเคลื่อนตัวของไอออนระหว่างครึ่งเซลล์ทั้งสอง เพื่อทำให้วงจรไฟฟ้าสมบูรณ์ อาจเป็นสารละลายที่เป็นน้ำหรือเกลือหลอมเหลว

5. **อิเล็กโทรไลซิส:** อิเล็กโทรไลซิสเป็นกระบวนการของการใช้พลังงานไฟฟ้าเพื่อกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาเคมีที่ไม่เกิดขึ้นเอง ใช้ในการใช้งานต่างๆ เช่น การชุบด้วยไฟฟ้า การกลั่นโลหะ และการแยกน้ำเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน

6. **การชุบด้วยไฟฟ้า:** การชุบด้วยไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการฝากชั้นบางๆ ของโลหะหนึ่งไว้บนพื้นผิวของโลหะอีกชนิดหนึ่งโดยใช้อิเล็กโทรไลซิส กระบวนการนี้ใช้เพื่อเพิ่มรูปลักษณ์ ความทนทาน และความต้านทานการกัดกร่อนของวัสดุ

7. **กฎของฟาราเดย์อิเล็กโทรไลซิส:** กฎของฟาราเดย์อธิบายความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณของสารที่ผลิตหรือบริโภคในปฏิกิริยาอิเล็กโทรไลซิสกับปริมาณประจุไฟฟ้าที่ไหลผ่านเซลล์

8. **สมการ Nernst:** สมการ Nernst เกี่ยวข้องกับความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์กับศักยภาพของเซลล์ของเซลล์ไฟฟ้าเคมี ช่วยทำนายว่าความเข้มข้นที่เปลี่ยนแปลงส่งผลต่อแรงดันไฟฟ้าของเซลล์อย่างไร

9. **การกัดกร่อน:** การกัดกร่อนเป็นกระบวนการเคมีไฟฟ้าตามธรรมชาติที่โลหะเสื่อมสภาพเนื่องจากปฏิกิริยากับสิ่งแวดล้อม การทำความเข้าใจกลไกการกัดกร่อนถือเป็นสิ่งสำคัญในการป้องกันการเสื่อมสภาพของวัสดุ

10. **เซลล์เชื้อเพลิง:** เซลล์เชื้อเพลิงคืออุปกรณ์ที่แปลงพลังงานเคมีจากเชื้อเพลิง (เช่น ไฮโดรเจน) ให้เป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงผ่านปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า เป็นแหล่งพลังงานที่มีประสิทธิภาพและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

11. **เทคโนโลยีแบตเตอรี่:** แบตเตอรี่เป็นอุปกรณ์เคมีไฟฟ้าที่เก็บและปล่อยพลังงานไฟฟ้า มีหลายประเภท รวมถึงแบตเตอรี่ตะกั่วกรด แบตเตอรี่ลิเธียมไอออน และแบตเตอรี่นิกเกิลเมทัลไฮไดรด์ ซึ่งแต่ละประเภทมีคุณสมบัติและการใช้งานที่แตกต่างกัน

12. **เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมี:** เซ็นเซอร์ไฟฟ้าเคมีใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสารวิเคราะห์และอิเล็กโทรดเพื่อวัดความเข้มข้นของสารเฉพาะ พวกเขาค้นหาการใช้งานในการตรวจสอบสภาพแวดล้อม การวินิจฉัยทางการแพทย์ และอื่นๆ

เคมีไฟฟ้ามีการนำไปใช้ในหลากหลายสาขา รวมถึงการจัดเก็บพลังงาน (แบตเตอรี่และตัวเก็บประจุ) พลังงานทดแทน (เซลล์แสงอาทิตย์และเซลล์เชื้อเพลิง) วัสดุศาสตร์ การคุ้มครองสิ่งแวดล้อม และเคมีวิเคราะห์ เป็นวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่มีส่วนทำให้เกิดความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีมากมายและยังคงเป็นสาขาการวิจัยและพัฒนาที่กระตือรือร้น