L'electroquímica és una branca de la química que tracta de la relació entre l'energia elèctrica i les reaccions químiques. Implica l'estudi de com les reaccions químiques poden generar energia elèctrica (com en les bateries i les piles de combustible) i com l'energia elèctrica pot impulsar reaccions químiques (com en l'electròlisi). L'electroquímica té un paper crític en diversos processos industrials, emmagatzematge d'energia, prevenció de la corrosió i molt més. Aquests són alguns conceptes i àrees clau dins de l'electroquímica:
1. **Cèl·lules electroquímiques:** Les cèl·lules electroquímiques són aparells que converteixen l'energia química en energia elèctrica o viceversa. Dos tipus principals són les cèl·lules galvàniques (també conegudes com a cel·les voltaiques o bateries) que produeixen energia elèctrica a partir de reaccions químiques espontànies, i les cèl·lules electrolítices que utilitzen energia elèctrica per impulsar reaccions no espontànies.
2. **Reaccions de mig cel·la:** Les cel·les electroquímiques consisteixen en dues mitges cel·les, cadascuna d'elles implica un elèctrode immers en una solució d'electròlit. A cada elèctrode es produeixen reaccions de mitja cèl·lula, que impliquen la transferència d'electrons i ions.
3. **Elèctrodes:** Els elèctrodes són materials conductors (sovint metalls o polímers conductors) que serveixen de llocs per a les reaccions de mitja cèl·lula. L'elèctrode on es produeix l'oxidació és l'ànode, i l'elèctrode on es produeix la reducció és el càtode.
4. **Electròlits:** Els electròlits són solucions que contenen ions i faciliten el moviment dels ions entre les dues mitges cel·les, completant el circuit elèctric. Poden ser solucions aquoses o sals foses.
5. **Electròlisi:** L'electròlisi és el procés d'utilitzar energia elèctrica per impulsar una reacció química no espontània. S'utilitza en aplicacions com la galvanoplastia, el refinament de metalls i la divisió d'aigua per produir hidrogen i oxigen.
6. **La galvanoplastia:** La galvanoplastia consisteix a dipositar una fina capa d'un metall sobre la superfície d'un altre metall mitjançant l'electròlisi. Aquest procés s'utilitza per millorar l'aspecte, la durabilitat i la resistència a la corrosió dels materials.
7. **Lleis de Faraday de l'electròlisi:** Les lleis de Faraday descriuen la relació entre la quantitat de substància produïda o consumida en una reacció d'electròlisi i la quantitat de càrrega elèctrica que passa per la cèl·lula.
8. **Equació de Nernst:** L'equació de Nernst relaciona la concentració de reactius i productes amb el potencial cel·lular d'una cel·la electroquímica. Ajuda a predir com les concentracions canviants afecten la tensió cel·lular.
9. **Corrosió:** La corrosió és un procés electroquímic natural on els metalls es deterioren a causa de les reaccions amb el seu entorn. Entendre els mecanismes de corrosió és crucial per prevenir la degradació del material.
10. **Piles de combustible:** Les piles de combustible són dispositius que converteixen l'energia química dels combustibles (com l'hidrogen) directament en energia elèctrica mitjançant reaccions electroquímiques. Són fonts d'energia eficients i respectuoses amb el medi ambient.
11. **Tecnologia de bateries:** Les bateries són dispositius electroquímics que emmagatzemen i alliberen energia elèctrica. N'hi ha de diversos tipus, com ara bateries de plom-àcid, bateries d'ions de liti i bateries de níquel-hidrur metàl·lic, cadascuna amb propietats i aplicacions diferents.
12. **Sensors electroquímics:** Els sensors electroquímics utilitzen la interacció entre analits i elèctrodes per mesurar concentracions de substàncies específiques. Troben aplicacions en monitoratge ambiental, diagnòstic mèdic i molt més.
L'electroquímica té aplicacions en diversos camps, com ara l'emmagatzematge d'energia (bateries i condensadors), les energies renovables (cel·les solars i piles de combustible), la ciència dels materials, la protecció del medi ambient i la química analítica. És una ciència fonamental que ha contribuït a nombrosos avenços tecnològics i continua sent una àrea activa de recerca i desenvolupament.
Data d'actualització:
24 d’ag. 2023
Llibres i obres de consulta