Li riazzioni elettruchìmichi si virìficanu quannu l’enirgìa chìmica si cunvèrti a enirgìa elèttrica o viciversa attraversu lu trasfirimentu di elittrona nnâ ntirfacci ntra n’elittrodu e n’elittrolitu. Sti riazzioni si virìficanu nta ogni sistema unni na currenti elèttrica spinci nu canciamentu chìmicu o unni li riazzioni chìmichi gèniranu elittricitati.
Li cumpunenti essinziali
Li riazzioni elettruchìmichi addumànnunu tri elimenti funnamintali ca travàgghiunu nzèmmula. Nu cunnutturi di elittroni servi comu elèttrudu unni li riazzioni succèdinu â supirfici. Nu cunnutturi jonicu- è na suluzzioni di elittroliti ca cunteni ioni dissoltizziuna dissolti- pirmicca la càrrica di scurriri ntra elittrodi. Nu circùitu cumpletu cullega sti cumpunenti, pirmittennu lu muvimentu di elittruna attraversu na via sterna.
La riazzioni si virifica spicificamenti nnâ ntirfacci elèttrudi- elittroliti, nta sulu picca angstrom dâ supirfici dû cunnutturi. Sta zona di riazzioni stritta esisti picchì l'elittruna arrestanu mòbbili sulu nta cunnuttura elittronici comu li mitalli, mentri li joni hannu la càrrica attraversu l'elittroliti.
Quannu li riazzioni spuntànii Giniranu lu putiri
Li celluli galvanichi dimustranu riazziuni elettruchìmichi ca si virificunu spuntaniamenti pi prudurri elittricità. Nna sti sistemi, l'ossidazziuni succedi ntà l'anòdu mentri la riduzzioni si virifica ntà lu càtudu. La diffirenza di putinziali chìmica ntra sti du' metà- na riazzioni svorgi l'elittruna attraversu lu circùitu esternu.
Lu scaricamentu dâ battirìa esemplifica chistu prucessu spuntàniu. Quannu si usanu li batteri elevaturi, li riazzioni chìmichi ntra li matiriali di l'elittrodu e l'elittruna di rilassu elittroliti ca alimentanu lu muturi. Li varianti principali ùsanu placchi di diossidu di chiummu e spugna di chiummu mmircata nta l’àcitu surfùricu, câ riazzioni elettruchìmica ca cunvèni l’enirgìa chìmica sarbata nta l’alimentazzioni elèttrica nicissària pi l’upirazzioni di l’alzamentu.
La cellula Daniell illustra chiaramenti lu principiu. Lu mitaḍḍu di zincu si ossida a un elèttrudu, libbirannu elittruna ca scurrinu attraversu un filatu pi arriddùciri li ioni di ramu nta l’autru elèttrudu. Stu flussu di elittroni custituisci la currenti elèttrica, cuntinuannu finu a quannu li riaggenti sdiprètinu o lu sistema arriva a l'equilìbbriu.
Quannu li riazzioni di l'energìa esterna
Li cèlluli elittrulìtichi rapprisentunu lu scinariu oppostu({0}}} elettruchìmicu ca nun si virìficanu spuntàniamenti ma ànnu bisognu di vurtaggiu applicatu pi prucidiri. Li forzi d'enirgìa elettrica sterna nun{2}}} trasfurmazzioni chìmichi spuntàni.
Caricari na battirìa ricaricabbili dimustra stu principiu. Quannu si cunnetti na battirìa a chiummunacida a un caricaturi, lu vurtaggiu applicatu nverti li riazzioni di scarica. Lu surfatu di chiummu si cunverti n’autra vota nta l’abbinamentu di diossidu di chiummu e spugna, mentri la cuncintrazzioni di l’àcitu surfuricu aumenta l’elittrolitu. L'input di l'energìa elèttricu ricostruisci lu putinziali chimicu ca poi alimenta la tò apparecchiatura.
L'elettrolisi di l'acqua duna n'autru esempiu chiaru. Applicari na vurtaggiu sufficienti ntra elittrodi summersi nne spartuti d'acqua spartuti li muleculi di H₂O nne gas di idrògginu e ossìgginu. Lu vurtaggiu nicissariu s'àvi a supirari la diffirenza di putinziali chìmica ntra l'ossidazzioni e la riduzziuni mità- riazzioni.
L'elittrulazziuni nnustriali si basa ncapu a stu meccanismu di riazzioni furzatu. La currenti elèttrica spinci li joni di mitaḍḍu di suluzzioni ncapu a n’uggettu cunnuttivu, criannu un rivestimentu prutittivu o dicurativu attraversu un prucessu elettruchìmicu ca nun succèdi senza enirgìa applicata.
Cunnizzioni di timpiratura e riazzioni
Li riazzioni elittruchìmichi mustranu na sinsibbilità mpurtanti di timpiraturi. La majurìa dî battirìi funzionanu ottimamenti ntra 0 gradi e 45 gradi, cu nu digradamentu di prissioni fora di sta gamma. Li timpiraturi friddi aumentunu la risistenza nterna, rallintari lu muvimentu dî joni attraversu l'elittrolitu e la riduzziuni dâ putenza. Na battirìa a chiummu{5}}} pirdi la capacità dû 50% a
Lu caluri accilira la digradazzioni chìmica ma pò puru accilirari la cinètica dâ riazzioni ntra limiti sicuri. Cumunca, lu caluri eccessivu supra li 60 gradi rischi di scappari termicu nnê batteri di litiu, unni li riazzioni di l'esutermichi addivèntanu autu- sustinèri e piriculusi. La timpiraturana dipinnenti signìfica ca li riazzioni elittruchìmichi si virìficanu cchiù facilmenti a timpiraturi muderati unni la mubbilità di joni arresta auta senza attivari la dicumpusizzioni.
La cuncintrazzioni di elittroliti nfruenza assai li tassi di riazzioni. Nti l'auminu, la gravità spicìfica di l'àcitu surfùricu cancia duranti lu scarico, cala di circa 1,27 quannu è cumpletamenti caricatu a sutta 1,10 quannu si svuota. Sta cuncintrazzioni di diminuzzioni rallinta la riazziuni elettruchìmica nzinu a quannu l'acidu nun sufficienti arresta pi nu trasfirimentu efficaci di elittrona.
Lu rolu dû putinziali dî cèlluli
Li riazzioni elittruchìmichi si virìficanu quannu lu sistema àvi nu putinziali elèttricu sufficienti pi guidari lu trasfirimentu di elittrona. L'equazziuni di Nernst quantifica chista rilazziuni, mustrannu comu lu putinziali cellulari dipenni dî cuncintrazziuni di riatturi, dâ timpiratura e dî putinziali di elittrodu standard dî matiriali coinvolti.
Li putinziali di elittrodi standard additèrminanu quali riazzioni prucèdinu spuntàniamenti. Li matiriali cu putinziali standard cchiù nigatìvi dùnanu subbitu elittruna, facennuli adatti adatti. Chiddi cu valuri cchiu' positivi accettanu l'elettroni, funzionanti comu catodi. La diffirenza ntra sti putinziali stabbilisci la vurtaggiu dâ cellula{3}} la forza mottrici pâ riazzioni.
Quannu na cellula vurtàica s'arritira, lu putinziali cellulari diminuisci a picca a picca mentri li cuncintrazziuni di riatturi cancianu. La riazzioni cuntinua nzinu a quannu lu sistema arriva a l'equilìbbriu, a un certu puntu lu putinziali cala a zeru e nun si virifica nuḍḍu flussu di elittrona netti. Prima di stu statu d'equilìbbriu, la riazzioni elettruchìmica prucidi a na tassu prupurziunali â dinsità currenti.
Richiesti supraputinziali
Li riazzioni elittruchìmichi riali spissu ànnu bisognu di supraputinzializziunazziuna suverchiu di vurtaggiu aggiuntivu supra lu minimu tirmudinàmicu. Chista enirgìa suverchiu supira li barrieri d'attivazzioni pû trasfirimentu di elittrona e li limitazzioni dû trasportu di massa. Lu suvraputinziali cancia cu tipu di riazzioni, matiriali di l'elittrodu e dinsità di currenti.
Li riazzioni viloci cu na vascia suvraputinziali prucèdinu efficientimenti a nu vurtaggiu eccessivu minimu. Li riazzioni liggeri richièdunu n'eccessiva putenziali sustanziali pi ottèniri nu flussu di currenti pràttici. Chistu spiega picchì certi prucessi elittrolìtici ànnu bisognu di tinzioni assai cchiù auti rispettu a càrculi tiòrici.
Applicazzioni Entrati nnustri
Riazzioni elittruchìmichi di putenza e prucessi nfiniti. Li battirìi primari nne lanterni e li cuntrolli rimoti fannu affidamentu ncapu a riazzioni ‘rrivirsìbbili ca gèneranu elettricità nzinu a quannu nun si sfinisci li riaggenti. Li battirìi sicunnari nnê veiculi e l'elittronica ùsanu riazzioni rivirsìbbili, pirmittennucci li cicli ripituti - discharge.
La cellula di carburanti rapprisenta n'applicazzioni unica unni li riazzioni elettruchìmichi cunvèrtunu lu carburanti direttamenti nta l'elittricità cu n'auta efficienza. L'idrògginu si ossida ntà l'anòdu mentri l'ossìgginu arridduci ô càtudu, pruducennu sulu acqua comu suttapruduttu. A diffirenza dî batteri, li cèlluli dû carburanti ànnu bisognu di na furnitura di carburanti cuntinua pi mantèniri la riazzioni.
La curruzzioni esemplifica riazzioni elettruchìmichi nun disidirati ca si virìficanu spuntaniamenti quannu lu mitaḍḍu cuntatta l'umidità e l'ossìgginu. La rugghia di ferru si furma attraversu li riazziuni di l'ossidazzioni ntê siti anòdichi, cu l'elittroni ca fluttunu nta l'ari catòdichi unni s'arriduci l'ossìgginu. Capiri sti miccanismi elittruchìmici aiuta li ncigneri a sviluppari rivestimenti prutittivi e na curruzzioni -} ligaresi lighi.
L'elettròchìmica nnustriali pirmetti li prucessi di pruduzzioni a li muliani granni. La pruduzzioni di alluminnu si basa ncapu l'elittrolisi di l'ossidu di alluminnu fusu, usannu currenti massicci pi arriddùciri li ioni di alluminnu. Lu prucessu di cloralcali elettrolizza la salata pi prudùciri gas di cloru e idròssidu di sodiu, sia sustanzi chimichi nnustriali crìtichi.
Riazzioni e fatturi a tassu
Li tassi di riazzioni elittruchìmichi dipennunu di diversi fatturi ntircunnessi. Dinsità attuali- la currenti pi unità di unità di l'aria di l'elittrodu è currilata direttamenti câ tassu di riazzioni sicunnu li liggi di Faraday. La dinsità di currenti cchiù auta signìfica cchiù elittrona ca si trasfirisciunu ô sicunnu, accilirannu la trasfurmazzioni chimica.
Lu trasportu di massa limita assai riazziuni elettruchìmichi. Li riattanti hannu a ragghiùnciri la supirfici di l’elittrodu e li prudutti s’hannu a spustari pi mantèniri li gradienti di cuncintrazzioni. La diffusioni, la migrazzioni e la cunvizzioni guvernanu chisti prucessi di trasportu. Ammiscari l'elittrolitu o la pruggettazziuni dû flussu{3}tsthuruugh migghiura lu trasportu di massa e aumenta li tassi di riazziuni raggiungìbbili.
L'aria di supirfici di l'elittrodu è assai mpurtanti. Li supirfici cchiù granni dannu cchiù siti pû trasfirimentu di elittrona, pirmittennu currenti tutali cchiù auti â stissa dinsità di currenti. Chistu spiega picchì li elittrodi dâ battirìa ùsanu strutturi porosi cu n'aria di supirfici auta -tunazziunazziuna di prupurzioni, massimizzannu l'interfacci unni si virìficanu li riazzioni.
Lu matiriali stissu di l'elittrodu nfruenza la cinètica di riazzioni attraversu l'effetti catalìtici. Quarchi matiriali cchiù vasciu d'attivazziuni pi riazziuni spicifici, pirmittennucci di prucidiri rapidamenti a nu vasciu puntenziali. Lu platinu catalizza l'ossidazzioni di idrògginu e la riduzzioni di l'ossìgginu efficacimenti, facennula priziosa pi l'elittrodi di cèlluli a carburanti nunustanti lu so costu.
Struttura duppiazzu
L'ilèttrudi-} elettritru havi na struttura cumpressa chiamata stratu duppiu elèttricu. Sta riggiuni si cuncentra supra a picca nanòmitri, criannu campi elèttrici ntinsi ca arrivanu a 10⁷ V/cm. Lu liveḍḍu duppiu si cumporta comu nu cuncintraturi, sarbannu la carica ca nfluenza la cinètica dâ riazzioni elettruchìmica.
Li ioni nnâ suluzzioni si orientanu vicinu â supirfici di l’elittrodu carica. Li catiuna si clupunu vicinu a l’elittrodi nigativi, mentri l’aniuni si cuncentranu a elittrodi pusitivi. Sta disposizzioni di joni scherza la càrrica di l'elittrodu e nfruenza quali speci po ragghiùnciri la supirfici di riaggiri. La struttura duppia dû liveḍḍu cancia dinàmicamenti mentri lu putinziali di l'elittrodu cancia, nfruenzannu li vie e li tassi di riazzioni.
Capiri l’effetti duppiu di liveḍḍu si rivela cruciali pi uttimizzari li sistemi elettruchìmici. Li ricircatura studiunu sti finòmini a nanuscala pi pruggittari elittrodi di battirìa megghiu, migghiurari la risistenza di curruzzioni e sviluppari elittrucatalisti cchiù efficienti. U liveḍḍu duppiu rapprisenta unni muliculari muliculari muliculari muliculari muliculari muliculari.
Dumanni friquenti
Quali è la diffirenza tra li celluli galvànici e elettrolitici?
Li celluli galvanici gèneranu elettricità di riazziuni chìmichi spuntànii, comu li battirìi ca si càricanu. Li cèlluli elittrulìtici ùsanu enirgìa elèttrica applicata pi guidari li riazzioni nun-, comu li batterii di carica o l'elittrulazziuni. La distinzioni chiavi è si la riazzioni si virifica naturalmenti (galvònica) o richiedi na putenza esterna (elittrolitica).
Li riazzioni elettruchìmichi si ponnu virificari senza n’elittrolitu liquidu?
Iè, puru si cchiù picca cumunimenti. Li battirìi solidi- ùsanu elittroliti sòlidi ca cunnucinu li joni attraversu la so struttura di cristallu. Outu{3}}} li cèlluli a carburanti solidu timpiratura usanu elittroliti di ciramica. Macari certi gas ponnu sirviri comu elettroliti 'n cunnizzioni spicìfichi. Com'è gghiè, l'elittroliti liquiti arrestanu cchiù cumuni pi na cunnuttività ionica supiriuri.
Picchì si fermanu li riazzioni elettruchìmichi a l'equilìbbriu?
Ntô equilìbbriu, li tassi ri riazzioni ‘n avanti e ‘nversu s’equilìbbriunu esattamenti. Nun si virifica nuḍḍu canciamentu chìmicu nettu, adunca nun s’attròvanu elittruna attraversu lu circùitu. Lu putinziali cellulari cala a zeru picchì lu sistema arrivau ô sò statu d'enirgìa cchiù vasciu. Aggiungiri li riaggenti o applicari la tinzioni esterna po riavviari la riazzioni.
Comu li canciamenti dâ timpiratura nfruènzanu sti riazzioni?
Li timpiraturi cchiù auti giniralmenti aumentunu li tassi di riazziuni accilirannu lu muvimentu ionicu e abbassannu li barrieri d'enirgìa d'attivazziuni. Cumunca, lu caluri eccessivu po danneggiari li cumpunenti dâ battirìa o li riazzioni scatenanti. Li timpiraturi friddi rallintanu assai li riazzioni, arriducennu la putenza. Ogni sistema elettruchìmicu àvi n'intervallu di timpiratura uttimali pi pristazzioni di piccu.
Riazzioni elettruchìmichi dâ chimica dû ponti e dâ ncigniria elèttrica ‘n modi ca toccanu sempri li nostri viti cutiddiàni. Di la battirìa nnô smartphone nzinu ô rivestimentu anti{8}}} ncapu li strutturi di mitaḍḍu, sti prucessi di trasfirimentu di elittrona 'n supirfici di l'elittrodu rènninu pussìbbili la tecnuluggìa muderna. Li riazzioni si virìficanu ogni vota ca la giusta cumminazzioni di elittrodi, elittroliti e forza chìmica o vurtaggiu applicata nzemmula - cunvirtiri l'enirgìa ntra formi chìmichi e elèttrichi cu n'efficienza eliganti.
Argumenti currilati pi Ulteriori littura:
Equazziuni dî nerni e calculi putinziali dî cèlluli
Chimica dâ Batteria e Archiviazzioni di l'Energia
Miccanismi di curruzzioni e privinzioni
Elettrucatalisi e Matiriali di l'Alitturali
Ticnuluggìi dî cèlluli a carburanti
