電気エネルギーを化学エネルギーに、またはその逆に変換するデバイスは、電気化学セルと言われています。この反応には、自発的な化学反応と非自発的な化学反応の 2 種類があります。自発的な化学反応は、外部電流や電位差の助けを借りずに自然に起こるものです。対照的に、外部電源の助けを借りて、非自発的な化学反応が起こります。つまり、自発的な反応の場合、分子が持つエネルギーはその活性化エネルギーに等しくなります。
対照的に、非自発的反応の場合は逆です。つまり、分子が持つエネルギーは活性化エネルギーと等しくありません。自発的な化学反応プロセスでは、システムのギブの自由エネルギーが減少します。電気化学セルには 2 つのタイプがあります。つまり、ガルバニ電池と電解電池です。
ガルバニ電池:
酸化還元反応によって化学エネルギーを電気エネルギーに変換するセルは、ガルバニ電池と呼ばれます。酸化および還元反応は、2 つの異なる電極と、電子の移動性とそれらを通る電流の流れをサポートする適切な電解質を含む 2 つの異なるコンパートメントで行われます。ガルバニ電池の主な構成要素は、塩橋、電極、電解質、電池電位です。塩橋は、2 つのコンパートメント間で電荷密度を維持するのに役立つ濃縮された不活性電解質を含む逆 U 字型のチューブです。各コンパートメントには電極と電解質が含まれており、アノードとカソードと呼ばれる半電池と言われています。電極電位は、酸化と還元を実行するために電流を反対方向に駆動する電位差です。熱力学的に電気分解が優先される電圧は、ネルンストの式で計算される陰極と陽極の電極電位の差です。 .理論的には、これはセル電位とアノードとカソードの両方の電極電位の計算に役立ちます。さらに、これは細胞反応が実行可能かどうかの予測にも役立ちます。
ガルバニ電池の例:
ダニエル電池は、亜鉛と銅を 2 つの半電池として持つガルバニ電池です。
電気化学シリーズ:
標準水素電極を参照して電極電位が増加する順に異なる元素を配置すると、電気化学系列が得られます。さまざまな電極電位が、値がゼロに等しい水素電極に対して測定されます。
電解セル :
電気エネルギーを化学エネルギーに変換する装置は、電解セルと呼ばれます。このセルの動作原理は、ガルバニ電池とは正反対です。この場合、酸化還元反応は、両方の電極が電解質を含む同じ容器に浸されているため、同じコンパートメントで起こります。電極は、回路を完成させる外部電源供給に接続されます。電流が流れると、陽イオンと陰イオンが反対の極性に向かって移動し始め、陰極と陽極でそれぞれ酸化反応と還元反応が同時に起こります。
例:
溶融塩の電気分解は、電解槽の一例です。
結論:
化学の分野では、電気エネルギーと化学変化の関係を研究します。電流の生成または入力を伴う化学反応は、電気化学反応と呼ばれます。酸化還元反応によって化学エネルギーを電気エネルギーに変換するセルがガルバニ電池であり、電気エネルギーを化学エネルギーに変換するデバイスが電解セルです。この反応には、自発的な化学反応と非自発的な化学反応の 2 種類があります。自発的な化学反応は、外部電流や電位差の助けを借りずに自然に起こるものです.
対照的に、外部電源の助けを借りて、非自発的な化学反応が起こります。つまり、自発的な反応の場合、分子が持つエネルギーはその活性化エネルギーに等しくなります。対照的に、非自発的反応の場合は逆です。つまり、分子が持つエネルギーは活性化エネルギーと等しくありません。標準水素電極を基準にして電極電位が増加する順に異なる元素を配置すると、電気化学系列が得られます。値がゼロに等しい水素電極に対して、さまざまな電極電位が測定されます。
