Sự điện hóa

Sự điện hóa là một ngành trong hóa lý nghiên cứu mối liên hệ giữa các phản ứng hóa học và dòng điện. Một phản ứng hóa học có thể xảy ra khi có dòng điện đi qua, hoặc khi có hiệu điện thế trong phản ứng hóa học, đó là những quá trình điện hóa. Trong các quá trình này luôn có hai hiện tượng đồng thời: oxy hóa và khử (phản ứng oxy hóa khử).

Lịch sử phát triển

• 1799: Alexandro Volta chế tạo pin đầu tiên có thể hoạt động, trước đó Luigi Galvani đã thực hiện nhiều thí nghiệm trên đùi ếch, với các cơ co lại khi tiếp xúc với các kim loại khác nhau
• 1832: Michael Faraday phát hiện các định luật cơ bản về điện hóa
• 1929: Jaroslav Heyrovský nghiên cứu phương pháp cực phổ và nhận giải Nobel Hóa học cho công trình này vào năm 1959
• 1969: Tế bào nhiên liệu hydro được nghiên cứu và ứng dụng trong chương trình Apollo, không chỉ cung cấp điện mà còn cung cấp nước cho phi hành đoàn

Cơ sở hóa học

Trong các oxide kim loại với liên kết ion, chẳng hạn như CaO, Ca cung cấp electron, là chất bị oxy hóa, trong khi O nhận electron, là chất oxy hóa. Các quá trình liên quan bao gồm:

Oxy hóa: Ca → Ca²⁺ + 2e

Oxy hóa khử: O₂ + 2e → O²⁻

Phản ứng oxy hóa khử: Ca + O₂ → CaO

Khi mở rộng các khái niệm này, quá trình oxy hóa là khi chất A cho electron và trở thành A⁺, trong khi quá trình oxy hóa khử là khi chất B nhận electron và trở thành B⁻. Phản ứng oxy hóa khử giữa A và B có dạng A + B → A + B. Nếu A và B đều là kim loại, phản ứng oxy hóa khử có dạng A + B → A + B.

Nếu phản ứng này diễn ra liên tục, sẽ có một dòng chuyển động của electron hoặc một dòng điện giữa A và B.

Khi các ion xuất hiện trong một điện trường, dưới ảnh hưởng của lực tĩnh điện, các ion mang điện tích âm sẽ di chuyển về và tập trung ở cực dương anôt, trong khi các ion dương sẽ di chuyển về cực âm catôt

Ứng dụng của điện hóa

• Sản xuất kim loại như kali, nhôm, hoặc halogen như clo, flo thông qua quá trình điện phân
• Chế tạo các nguồn điện di động như pin, ắc quy, tế bào nhiên liệu, v.v.
• Phân tích hóa học trong hóa phân tích, chẳng hạn như phương pháp cực phổ
• Kỹ thuật mạ điện

Tài liệu tham khảo