電気化学セルは、化学エネルギーを電気エネルギーまたはその逆に変換される化学反応が通過する装置です。これらの細胞は電気化学の心臓部を構成し、魂は2つの化学種間で、自然に発生するかどうかに関係なく発生する可能性のある電子の潜在的な交換です。
2つの種のうち1つは酸化して電子を失い、もう1つは還元されて移動した電子を獲得します。一般に、還元される種は溶液中の金属カチオンであり、電子を獲得することにより、最終的に同じ金属でできた電極上に電気的に堆積します。一方、酸化する種は金属であり、金属カチオンに変わります。
Danielの電気化学セルの図。出典：Rehua
たとえば、上の画像はダニエルのセルを表しています。すべての電気化学セルの中で最も単純です。金属亜鉛電極は酸化し、水性媒体にZn 2+カチオンを放出します。これは、左側のZnSO 4コンテナで発生します。
右側では、CuSO 4を含む溶液が還元され、Cu 2+カチオンが金属銅に変換され、銅電極上に堆積します。この反応の進行中に、電子はそのメカニズムを活性化する外部回路を通って移動します。したがって、チームの運営に電気エネルギーを提供します。
電気化学セルのコンポーネント
電極
電気化学セルでは電流が生成または消費されます。電子の適切な流れを確保するには、電気の良好な導体である材料が必要です。これは、銅と銀または金の配線を備えた電極と外部回路が入る場所です。
電極は、電気化学セルで反応が起こる表面を提供する材料です。それらで発生する反応に応じて2つのタイプがあります。
-陽極、酸化が発生する電極
-還元が発生するカソード、電極
電極は、ダニエルのセルの場合のように反応する材料（亜鉛と銅）で作ることができます。または、プラチナまたはグラファイトでできている場合に発生する不活性材料でできています。
アノードから放出された電子は、カソードに到達する必要があります。ソリューションではなく、両方の電極を外部回路に接続する金属ケーブルを介して。
電解質溶解
電極を取り巻く溶液は、強力な電解質に富んでいるため、重要な役割を果たします。例：KCl、KNO 3、NaClなど これらのイオンは、ある程度、アノードからカソードへの電子の移動に加えて、還元される化学種と相互作用するために電極の近傍を通るそれらの伝導を支持します。
たとえば、海水は蒸留水よりも電気の伝導率が高く、イオンの濃度が低くなっています。そのため、電気化学セルは、コンポーネント間で電解質が強く溶解します。
生理食塩水橋
溶液のイオンは電極を取り囲み始め、電荷の分極を引き起こします。陽イオンが還元されるにつれて、陰極の周りの溶液は負に帯電し始めます。ダニエル電池の場合、陰極上に金属銅として堆積した場合のCu 2+カチオン。したがって、正電荷の不足が生じ始めます。
これは、塩橋が介在して電荷のバランスを取り、電極の分極を防ぐ場所です。カソード側または区画のカチオンに向かって、消費されたCu 2+に取って代わるために、K +またはZn 2+の塩橋から移動します。一方、NO 3 -アニオンは塩橋から移動するのZnの濃度の増加を中和するために、アノード室に向かっ2+カチオン。
塩橋は、塩の飽和溶液で構成されており、その端は、イオンは透過するが水は透過しないゲルで覆われています。
電気化学セルのタイプとその機能
電気化学セルがどのように機能するかは、それがどのタイプかによって異なります。基本的に、ガルバニック（またはボルタ）と電解の2つのタイプがあります。
ガルバニック
ダニエルのセルは、電気化学セルの例です。それらの中で反応は自然に起こり、バッテリーの電位はプラスです。ポテンシャルが高ければ高いほど、より多くの電力がセルから供給されます。
セルまたはバッテリーは正確にガルバニ電池です。2つの電極間の化学ポテンシャルは、それらを接続する外部回路が介入するときに電気エネルギーに変換されます。したがって、電子はアノードから移動し、バッテリーが接続されている機器に点火し、直接カソードに戻されます。
電解
電解セルは、外部ソースから電気エネルギーが供給されない限り、自然に反応が発生しないセルです。ここでは反対の現象が発生します。電気により、非自発的な化学反応が発生します。
このタイプのセル内で発生する最もよく知られている最も価値のある反応の1つは電気分解です。
充電式電池は、電解電池およびガルバニ電池の例です。これらの電池は、化学反応を逆転させて再利用するための初期条件を再確立するために再充電されます。
例
ダニエルの独房
次の化学式は、亜鉛と銅が関与するダニエルのセル内の反応に対応しています。
Zn（s）+ Cu 2+（aq）→Zn 2+（aq）+ Cu（s）
しかし、カチオンCu 2+およびZn 2+は単独ではなく、アニオンSO 4 2-を伴います。このセルは次のように表すことができます。
Zn-ZnSO 4 --CuSO 4 -Cu
ダニエルのセルは、どの実験室でも構築でき、電気化学の導入の実践として非常に頻繁に使用されます。Cu 2+がCuとして堆積すると、CuSO 4溶液の青色が徐々に消えます。
プラチナ水素電池
水素ガスを消費し、金属銀を生成し、同時に電力を供給するセルを想像してみてください。これはプラチナと水素電池で、一般的な反応は次のとおりです。
2AgCl（S）+ H 2（G）→2AG（S）+ 2H + + 2CL -
ここのアノードコンパートメントには、不活性なプラチナ電極があり、水に沈められ、気体水素にポンプで送られます。H 2はH +に酸化され、金属銀電極を備えた陰極室の乳白色のAgCl沈殿物に電子を放出します。この銀では、AgClが減少し、電極の質量が増加します。
このセルは次のように表すことができます。
PT、H 2 - H + - -のCl -、塩化銀-銀
ダウンズセル
そして最後に、電解セルの中には、ダウンズセルとしてよく知られている溶融塩化ナトリウムがあります。ここでは、電気を使用して大量の溶融NaClを電極に移動させ、次の反応を引き起こします。
2NA +（L）+ 2E - →2NA（S）（陰極）
2CL -（L）のCl→ 2（G）+ 2E - （アノード）
2NaCl（l）→2Na（s）+ Cl 2（g）（全体的な反応）
したがって、電気と塩化ナトリウムのおかげで、金属ナトリウムと塩素ガスを準備することができます。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンリー。（2008）。化学 （第8版）。CENGAGEラーニング。
- ウィキペディア。（2020）。電気化学セル。から回復：en.wikipedia.org
- ヘルメンスティン、アンマリー、Ph.D。（2020年1月29日）。電気化学セル。から回復：thoughtco.com
- R.シップ。（sf）。電気化学セル。回収元：hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
- ケミクール。（2017）。電気化学セルの定義。回収元：chemicool.com
- パトリシア・ヤンコウスキー。（2020）。電気化学セルとは何ですか？-構造と用途。調査。回収元：study.com
- 錬金術 （2011年3月3日）。電気化学セル。化学と科学。回収元：laquimicaylaciencia.blogspot.com