duimnael|Engelse chemikus John Daniell (links) en fisikus Michael Faraday (regs), vandag beide gekrediteer as stigters van elektrochemie.
Elektrochemie is die tak van fisiese chemie wat gemoeid is met die verband tussen elektriese potensiaalverskil, as 'n meetbare en kwantitatiewe verskynsel, en identifiseerbare chemiese verandering, met die potensiaalverskil as 'n uitkoms van 'n bepaalde chemiese verandering, of omgekeerd. Hierdie reaksies behels elektrone wat deur 'n elektronies-geleidende fase beweeg (tipies 'n eksterne elektriese stroombaan, maar nie noodwendig nie, soos in stroomlose platering) tussen elektrodes geskei deur 'n ioniesgeleidende en elektronies-isolerende elektroliet (of ioniese spesies in 'n oplossing).
Wanneer 'n chemiese reaksie deur 'n elektriese potensiaalverskil aangedryf word, soos in elektrolise, of as 'n potensiaalverskil voortspruit uit 'n chemiese reaksie soos in 'n battery of brandstofsel, word dit 'n elektrochemiese reaksie genoem. Anders as in ander chemiese reaksies, word elektrone in elektrochemiese reaksies nie direk tussen atome, ione of molekule oorgedra nie, maar via die voorgenoemde elektronies-geleidende stroombaan. Hierdie verskynsel is wat 'n elektrochemiese reaksie van 'n konvensionele chemiese reaksie onderskei.
Geskiedenis duimnael|Duitse fisikus Otto von Guericke langs sy elektriese kragopwekker terwyl hy 'n eksperiment uitvoer. 16de-tot-18de-eeuse ontwikkelings Begrip van elektriese sake het in die sestiende eeu begin. Gedurende hierdie eeu het die Engelse wetenskaplike William Gilbert 17 jaar lank met magnetisme en, in 'n mindere mate, elektrisiteit geëksperimenteer. Vir sy werk oor magnete het Gilbert bekend geword as die "Vader van magnetisme." Hy het verskeie metodes ontdek om magnete te vervaardig en te versterk.
In 1663 het die Duitse fisikus Otto von Guericke die eerste elektriese kragopwekker geskep, wat statiese elektrisiteit opgewek het deur wrywing in die masjien toe te pas. Die kragopwekker is gemaak van 'n groot swaelbal wat binne 'n glasbol gegiet is, wat op 'n as gemonteer is. Die bal is deur middel van 'n kruk gedraai en 'n elektriese vonk is gevorm wanneer 'n kussing teen die bal gevryf is terwyl dit draai. Die bol kon verwyder word en as bron vir eksperimente met elektrisiteit gebruik word.
Teen die middel van die 18de eeu het die Franse chemikus Charles François de Cisternay du Fay twee tipes statiese elektrisiteit ontdek, en ook dat soortgelyke ladings mekaar afstoot terwyl andersoortige ladings mekaar aantrek. Du Fay het aangekondig dat elektrisiteit uit twee vloeistowwe bestaan: "glasagtige" ("vitreous" in Engles, van die Latyns vir "glas"), of positiewe, elektrisiteit; en "harsagtige", of negatiewe, elektrisiteit. Dit was die tweevloeistofteorie van elektrisiteit, wat later in die eeu deur Benjamin Franklin se eenvloeistofteorie teengestaan sou word.
duimnael|Italiaanse fisikus Alessandro Volta wys sy "battery" aan die Franse keiser Napoleon Bonaparte in die vroeë 19de eeu. In 1785 het Charles-Augustin de Coulomb die wet van elektrostatiese aantrekking ontwikkel as 'n uitvloeisel van sy poging om die wet van elektriese afstotings te ondersoek soos gestel deur Joseph Priestley in Engeland.
In die laat 18de eeu het die Italiaanse geneesheer en anatoom Luigi Galvani die geboorte van elektrochemie gemerk deur 'n brug tussen chemiese reaksies en elektrisiteit te vestig in sy 1791 opstel De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (Latyns vir kommentaar op die effek van elektrisiteit op spierbeweging) waarin hy 'n "senuwee-elektriese stof" in biologiese lewensvorme voorgestel het.
duimnael|links|Laat 1780s diagram van Galvani se eksperiment op paddabene. In sy opstel het Galvani tot die gevolgtrekking gekom dat diereweefsel 'n tot dusver verwaarloosde ingebore lewenskrag bevat, wat hy "dierlike elektrisiteit" genoem het, wat senuwees en spiere geaktiveer wat deur metaal gespan word. Hy het geglo dat hierdie nuwe krag 'n vorm van elektrisiteit was benewens die "natuurlike" vorm wat deur weerlig of deur die elektriese paling geproduseer word, sowel as die "kunsmatige" vorm wat deur wrywing (d.w.s. statiese elektrisiteit) geproduseer word.
Galvani se wetenskaplike kollegas het sy sienings oor die algemeen aanvaar, maar Alessandro Volta het die idee van 'n "dierlike elektriese vloeistof" verwerp en geantwoord dat die padda se bene op verskille in metaaltemper, samestelling en massa reageer. Galvani het dit weerlê deur gespierde aksie met twee stukke van dieselfde materiaal te verkry. Nietemin het Volta se eksperimentering daartoe gelei dat hy die eerste praktiese battery ontwikkel het, wat voordeel getrek het uit die relatief hoë energie (swak binding) van sink en 'n elektriese stroom vir baie langer kon lewer as enige ander toestel wat destyds bekend was.
19de eeu duimnael|links|Sir Humphry Davy se portret in die 19de eeu. In 1800 het William Nicholson en Johann Wilhelm Ritter daarin geslaag om water in waterstof en suurstof te ontbind deur elektrolise met behulp van Volta se battery. Kort daarna het Ritter die proses van elektroplatering ontdek. Hy het ook opgemerk dat die hoeveelheid metaal wat neergelê is en die hoeveelheid suurstof wat tydens 'n elektrolitiese proses geproduseer word, afhang van die afstand tussen die elektrodes. Teen 1801 het Ritter termo-elektriese strome waargeneem en die ontdekking van termo-elektrisiteit deur Thomas Johann Seebeck voorspel.
Teen die 1810s het William Hyde Wollaston verbeterings aan die galvaniese sel aangebring. Sir Humphry Davy se werk aan elektrolise het tot die gevolgtrekking gelei dat die produksie van elektrisiteit in eenvoudige elektrolitiese selle die gevolg is van chemiese werking en dat chemiese kombinasie tussen stowwe met teenoorgestelde lading plaasgevind het. Hierdie werk het in 1808 direk gelei tot die isolasie van metaalnatrium en kalium deur elektrolise van hul gesmelte soute, en van die aardalkalimetale van hulle s'n.
Hans Christian Ørsted se ontdekking van die magnetiese effek van elektriese strome in 1820 is onmiddellik erken as 'n hoogsbelangrike vooruitgang, hoewel hy verdere werk oor elektromagnetisme aan ander oorgelaat het. André-Marie Ampère het Ørsted se eksperiment vinnig herhaal en wiskundig geformuleer.
In 1821 het die Esties-Duitse fisikus Thomas Johann Seebeck die elektriese potensiaal tussen die verbindingspunte van twee ongelyke metale gedemonstreer wanneer daar 'n temperatuurverskil tussen die verbindings is.
In 1827 het die Duitse wetenskaplike Georg Ohm sy wet verduidelik in die bekende boek Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Die galvaniese kring, wiskundige ondersoek) waarin hy sy volledige teorie van elektrisiteit gegee het.
In 1832 het Michael Faraday se eksperimente daartoe gelei dat hy sy twee wette van elektrochemie opgestel het. In 1836 het John Daniell 'n primêre sel uitgevind wat die probleem van polarisasie opgelos het deur koperione in die oplossing naby die positiewe elektrode in te voer en sodoende waterstofgasgenerering uitgeskakel het. Latere resultate het aan die lig gebring dat by die ander elektrode geamalgameerde sink (d.w.s. sink met kwik) 'n hoër spanning sou produseer.
duimnael|links|Sweedse chemikus Svante Arrhenius se portret omstreeks 1880s. William Grove het die eerste brandstofsel in 1839 vervaardig. In 1846 het Wilhelm Weber die elektrodinamometer ontwikkel. In 1868 het Georges Leclanché 'n nuwe sel gepatenteer wat uiteindelik die voorloper geword het van die wêreld se eerste wydgebruikte battery, die sink-koolstofsel.
Svante Arrhenius het sy proefskrif in 1884 gepubliseer getitld Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes (Ondersoeke oor die galvaniese geleidingsvermoë van elektroliete). Uit sy resultate het hy tot die gevolgtrekking gekom dat elektroliete, wanneer dit in water opgelos word, in verskillende mate verdeel of gedissosieer word in elektries teenoorgestelde positiewe en negatiewe ione.
In 1886 het Paul Héroult en Charles M. Hall 'n doeltreffende metode (die Hall-Héroult-proses) ontwikkel om aluminium te verkry deur elektrolise van gesmelte alumina te gebruik.
In 1894 het Friedrich Ostwald belangrike studies oor die geleidingsvermoë en elektrolitiese dissosiasie van organiese sure afgesluit. duimnael|Duitse wetenskaplike Walther Nernst se portret in die 1910s. Walther Hermann Nernst het die teorie van die elektromotoriese krag van die voltaïese sel in 1888 ontwikkel. In 1889 het hy gewys hoe die eienskappe van die spanning wat geproduseer word gebruik kan word om die vrye energieverandering in die chemiese reaksie wat die spanning voortbring te bereken. Hy het 'n vergelyking, bekend as Nernst se vergelyking, saamgestel wat die spanning van 'n sel met sy eienskappe in verband gebring het.
In 1898 het Fritz Haber getoon dat definitiewe reduksieprodukte uit elektrolitiese prosesse kan voortspruit as die potensiaal by die katode konstant gehou word. In 1898 het hy die reduksie van nitrobenseen in fases by die katode verduidelik en dit het die model geword vir ander soortgelyke reduksieprosesse.
20ste eeu In 1902 is die Elektrochemiese Vereniging gestig.
In 1909 het Robert Andrews Millikan met 'n reeks eksperimente begin om die elektriese lading wat deur 'n enkele elektron gedra word te bepaal. In 1911 was Harvey Fletcher, wat saam met Millikan gewerk het, suksesvol om die lading op die elektron te meet, deur die waterdruppels wat deur Millikan gebruik word, wat vinnig verdamp het, met oliedruppels te vervang. Binne een dag het Fletcher die lading van 'n elektron tot verskeie desimale plekke akkuraatheid gemeet.
In 1923 het Johannes Nicolaus Brønsted en Martin Lowry in wese dieselfde teorie gepubliseer oor hoe sure en basisse optree, met behulp van 'n elektrochemiese begrip.
In 1937 het Arne Tiselius die eerste gesofistikeerde elektroforetiese apparaat ontwikkel. 'n Paar jaar later is die 1948 Nobelprys aan hom toegeken vir sy werk in proteïenelektroforese.
'n Jaar later, in 1949, is die Internasionale Elektrochemiese Vereniging gestig.
Teen die 1960's-1970's is kwantumelektrochemie ontwikkel deur Revaz Dogonadze en andere.
Oksidasie en reduksie Hoofartikel: Redoksreaksie
Die term "redoks" staan vir reduksie-oksidasie. Dit verwys na elektrochemiese prosesse wat elektronoordrag na of van 'n molekule of ioon behels, wat die oksidasietoestand daarvan verander. Hierdie reaksie kan plaasvind deur die toepassing van 'n eksterne spanning of deur die vrystelling van chemiese energie. Oksidasie en reduksie beskryf die verandering van oksidasietoestand wat plaasvind in die atome, ione of molekules betrokke by 'n elektrochemiese reaksie. Formeel is oksidasietoestand die hipotetiese lading wat 'n atoom sou hê as alle bindings aan atome van verskillende elemente 100% ionies was. 'n Atoom of ioon wat 'n elektron aan 'n ander atoom of ioon gee, se oksidasietoestand verhoog, en die ontvanger van die negatief gelaaide elektron se oksidasietoestand verminder.
Byvoorbeeld, wanneer 'n atoom van natrium met 'n atoom van chloor reageer, skenk natrium een elektron en bereik dit 'n oksidasietoestand van +1. Chloor aanvaar die elektron en sy oksidasietoestand word tot −1 verminder. Die teken van die oksidasietoestand (positief/negatief) stem eintlik ooreen met die waarde van elke ioon se elektroniese lading. Die aantrekkingskrag van die verskillend gelaaide natrium- en chloorione is die rede waarom hulle dan 'n ioniese binding vorm.
Die verlies van elektrone van 'n atoom of molekule word oksidasie genoem, en die verkryging van elektrone is reduksie. Oksidasie en reduksie vind altyd op 'n gepaarde wyse plaas sodat een spesie geoksideer word wanneer 'n ander gereduseer word. Vir gevalle waar elektrone gedeel word (kovalente bindings) tussen atome met groot verskille in elektronegatiwiteit, word die elektron toegewys aan die atoom met die grootste elektronegatiwiteit in die bepaling van die oksidasietoestand.