Vybrané kapitoly z elektrochémie

Elektrochémia je veda, ktorá študuje iónové systémy a také procesy alebo javy, ktoré prebiehajú na hranici iónových systémov s kovmi alebo s polovodičmi. V súčasnom štádiu rozvoja môžeme elektrochémiu rozdeliť podľa jej zamerania na dve oblasti. Prvá z nich - ionika - sa zaoberá vlastnosťami iónových sústav (roztoky, taveniny, tuhé elektrolyty). Druhá oblasť - elektrodika - sa zaoberá javmi na fázovom rozhraní elektróda/iónová sústava.

Ionika aj elektrodika skúmajú rovnovážne aj nerovnovážne javy a procesy. Výskumom vlastností iónových sústav za rovnovážnych podmienok získavame informácie a predstavy o štruktúre a zložení roztokov a tavenín elektrolytov, ako aj tuhých elektrolytov, kým merania za nerovnovážnych podmienok referujú o elektrickej vodivosti iónových sústav. V oblasti elektrodiky sa štúdiom rovnováh na rozhraní elektróda/roztok (prípadne tavenina) zaoberá elektrochemická termodynamika. Meranie rýchlostí procesov prebiehajúcich na tomto fázovom rozhraní a vysvetlenie zákonitostí, ktorými sa tieto procesy riadia, je predmetom kinetiky elektródových procesov alebo elektrochemickej kinetiky.

Jedným zo základných objektov skúmania v elektrochemickej kinetike je štádium prechodu nabitých častíc cez fázové rozhranie. Keďže elektrochemické reakcie sú heterogénne procesy, ich neoddeliteľnou súčasťou je transport reagujúcich častíc k fázovému rozhraniu, resp. transport produktov od fázového rozhrania. Výskum zákonitostí, ktorými sa riadi toto štádium, taktiež patrí do kompetencie elektrochemickej kinetiky, pričom túto časť označujeme ako difúzna kinetika alebo elektrochemická makrokinetika. Elektródové procesy sú často spriahnuté s chemickými reakciami, ktoré sú buď objemové (prebiehajú v celom objeme roztoku), alebo povrchové (prebiehajú len na povrchu elektródy).

Vlastný elektródový proces prebieha v tzv. elektrickej (elektródovej) dvojvrstve, ktorá predstavuje tenkú vrstvu na fázovom rozhraní elektróda/roztok. Mechanizmus elektródových reakcií sa nedá vysvetliť bez toho, aby sme poznali štruktúru elektrickej dvojvrstvy, preto sa touto problematikou musíme detailnejšie zaoberať.

Súčasná teória o stavbe elektrickej dvojvrstvy a zákony elektrochemickej kinetiky využívajú poznatky štatistickej fyziky, kvantovej mechaniky, teórie adsorpcie, fyziky tuhých látok a ďalších oblastí fyziky i chémie. Vďaka tejto skutočnosti je dnes elektrochémia jednou z najmatematizovanejších oblastí chémie. Detailné rozpracovanie teórie elektrochemických procesov je jedným z účinných stimulov zvyšovania požiadaviek na inštrumentáciu, používanie najnovších výdobytkov elektroniky.

Elektrochemické metódy a poznatky, získané týmito metódami našli v súčasnosti široké uplatnenie. Hlavnými odvetviami aplikovanej elektrochémie sú najnovšie nanotechnológie, ale aj klasická elektrometalurgia, galvanotechnika, elektrosyntéza organických aj anorganických látok, výroba chemických zdrojov prúdu (batérie), elektrochemické spracovanie kovov, chemotronika, ochrana pred koróziou, elektrochemické kontrolné a analytické metódy. Posledné sú v praxi obľúbené vďaka nasledujúcim vlastnostiam: sú rýchle, dostatočne presné, dobre reprodukovateľné, pomerne lacné a ľahko sa dajú automatizovať.

V súčasnej dobe, poznamenanej ekologickými problémami, sa elektrochemické metódy jednak vynikajúco uplatňujú pri zisťovaní znečisťovania životného prostredia, jednak rastie význam elektrochemického spôsobu čistenia odpadových vôd.