بخشی از مقاله
چکیده
یک نوع انرژی که کاربرد بسیار زیادی دارد انرژی الکتریکی است. حوزه ای از شیمی که تبدیل انرژی شیمیایی و
الکتریکی را به یکدیگر بررسی می کند الکتروشیمی گویند. امروزه جامعه و صنعت بدون الکتریسته غیر قابل تصور است. برای مثال استفاده از باتری خودرو، ساعت، ماشین حساب ها، رادیو، فضاپیما و........ نیازمند جریان الکتریکی است.
در این زمینه الکتروشیمی کاربرد مهمی در علوم و فناوری های مدرن که امکان تولید مواد شیمیایی مهم صنعتی مثل تهیه فلز آلومینیوم و مس خالص برای تولید سیم های برق، پوشش دادن سطوح فلزی با استفاده از فرآیندهای الکتروشیمی آبکاری فلزات و پالایش فلزات دارد. سلول های الکتروشیمی در تهیه سلول های سوختی علاوه بر بازده ی بالا، از نظر زیست محیطی اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. در ادامه با اصول طراحی سلول الکتروشیمیایی وکاربردهای آن آشنا خواهیم شد.
.1 مقدمه
الکتروشیمی را علم استفاده از انرژی الکتریکی برای انجام یک تغییر شیمیایی یا تولید انرژی الکتریکی به وسیله ی واکنش های شیمیایی تعریف می کنند. به عنوان مثال برای روشن شدن خودرو استارت که می زنید از انرژی الکتریکی استفاده می کنید که این انرژی بر اثر واکنش های شیمیایی در باتری ها فرهم می شود و یا واکنش شیمیایی که در تهیه فلز مس خالص یا آبکاری فلزات صورت می پذیرد با استفاده از جریان الکتریکی صورت می پذیرد. این نوع واکنش ها که همراه با انتقال یک یا چند الکترون هستند و باعث واکنش های اکسایش وکاهش می شوند، اصول فرایند های الکتروشمی را در بر دارند.
واکنش های الکتروشیمی به دو دسته تقسیم می شوند. دسته ی نخست به سلول های گالوانی یا ولتایی معروف اند که در این نوع سلول ها یک واکنش شیمیایی خودبخودی جریان برق تولید می شود و دسته ی دوم سلو ل های الکترولیتی هستند که در آنها انرژی الکتریکی به انرژی شیمیایی تبدیل می شود.
در نتیجه این دو سلول عکس یکدیگرند وکاربرد متفاوتی دارند. در این نوع سلول ها، بعضی از گونه ها الکترون از دست داده و بعضی از گونه ها الکترون بدست می آورند. اگر تشکیل یون با از دست دادن الکترون همراه باشد، یون دارای بار الکتریکی مثبت و اگر با جذب الکترون همراه باشد، یون دارای بارالکتریکی منفی می گردد و ایجاد میدان الکتریکی در یک الکترولیت باعث می شود یونها که دارای بار الکتریکی هستند، به حرکت در آمده، ذرات مثبت - کاتیونها - به سمت کاتد و ذرات منفی - آنیونها - به سمت آند حرکت کنند و هدایت الکتریکی محلول را تاُمین نمایند.
علاوه براین، ایجاد میدان الکتریکی باعث حرکت الکترون ها در مدار خاجی می شود یعنی الکترون ها که از آند خارج می شوند مدار خارجی را طی کرده، به کاتد می روند. عزیمت الکترون ها از آند نتیجه واکنشی است که در سطح الکترود آند عمل اکسایش انجام می شود. الکترون هایی که به کاتد می رسند، در واکنش کاهشی شرکت خواهند کرد. در این فرایند الکتروشیمی تعداد الکترون هایی که در واحد زمان، در سطح آند آزاد می شود برابر تعداد الکترون هایی است که در همان مدت، در سطح کاتد به مصرف واکنش کاهش می رسد. در اینجا دو کاربرد مهم سلول های الکترولیتی را بررسی می کنیم.
.2 کاربرد سلول الکترولیتی در آبکاری
پوشش سطح یک قطعه ی فلزی با فلز دیگر با استفاده از برقکافت را آبکاری می نامند. برای مثال سرویس های بسیار زیبای ناهارخوری و یا چای خوری با آبکاری نقره انجام می شوند یا بند ساعت با آب طلا کاری انجام می شود. برای آبکاری قطعه های فلزی به یک سلول الکترولیتی نیاز است و جسمی که روکش فلزی روی آن ایجاد می شود باید رسانای جریان برق باشد. الکترولیت مورد استفاده برای آبکاری باید دارای یون های فلزی باشد که قرار است لایه ی نازکی از آن روی جسم قرار بگیرد. برای مثال آبکاری قوری زیبایی که مشاهده می کنید از نقره نیترات به عنوان الکترولیت استفاده شده و الکترود آند از جنس فاز خالص نقره می باشد یا قاشقی که آب نقره کاری شده است.
شکل-1 آب نقره کاری روی سطح قاشق.
واکنش هایی که در این نوع سلول ها انجام می شود به صورت زیر می باشد
- 1 - نیمه واکنش اکسایش نقره در آند $J - V - $J+ - DT - +H
- 2 - نیمه واکنش کاهش نقره در کاتد $J+ - DT - +H $J - V -
که در آن فلز نقره در آند اکسایش و خورده شده و یون های نقره در کاتد با جذب الکترون بر روی الکترود کاتد تهنشین می شود. این عمل را آب نقره کاری گویند که در شکل - 1 - و - 2 - نشان داده شده است.
