Електрохімія

ЕЛЕКТРОХІ́МІЯ (від електро… і хімія) — наука, що вивчає хімічні процеси, пов’язані з проходженням або виникненням електричного струму і потенціалу, та явища на заряджених міжфазних межах. Об’єкти Е.: конденсовані іонні системи; заряджені міжфазні межі; процеси на електродах — провідниках, напівпровідниках або діелектриках (зокрема на межі з вакуумом чи з газами) — і в електролітах (іонних провідниках). Таким чином, Е. охоплює всі форми взаємодії між рухливими зарядженими частинками в конденсов. фазах і на межі розподілу фаз у статиці та динаміці. Нині відбувається різке розширення кола електрохім. процесів і нових електрод. матеріалів, тому електрохім. дослідж. все більше почали акумулювати в собі найрізноманітніші напрями наук — як традиц. фіз. та біол., так і у галузі матеріалознавства, хімії твердого тіла тощо. Остан. часом на стику наук з’явилися розділи Е. — біоелектрохімія, фотоелектрохімія, наноелектрохімія, Е. поверхні, екол. Е. Традиційно Е. розділяють на теор. та прикладну. Теор. Е. вивчає заг. закономірності електрохім. реакцій і електролітів у статич. стані та динаміці. Вона є наук. базою приклад. Е. та забезпечує рац. підхід до вирішення проблем електрохім. технології. Прикладна Е. розглядає можливості застосування електрохім. реакцій для здійснення технол. процесів і створення електрохім. пристроїв. Електрохім. процеси є основою багатотоннаж. хім. металург. виробництва різних речовин. Сучасні електрохім. джерела струму різного призначення (первинні елементи й акумулятори) широко використовують у низці галузей техніки й нар. споживання, їх виготовляють у пром. масштабах мільярд. партіями. Не менш широкого розповсюдження набули й ін. різноманітні електрохім. процеси та пристрої. З електрохім. явищами також пов’язані процеси корозії металів, що наносять величезні збитки нар. госп-ву.

Зародження Е. як науки зазвичай пов’язують із відкриттям італ. анатома, фізіолога та фізика Л. Ґальвані, опублікованим 1791 («De Viribus Electricatitis in Motu Musculari Commentarius» / «Трактат про сили електрики при м’язовому русі»). Ін. італ. вчений, фізико-хімік А. Вольта 1800 сконструював перше хім. джерело струму, яке складалося зі сріб. і олов’яних електродів, розділених пористими прокладками, змоченими розчином солі. Саме відтоді надзвичайні властивості електрохім. ланцюгів стали предметом вивчення нової науки — Е. Найвагоміші етапи розвитку Е.: відкриття 1832 англ. фізиком М. Фарадеєм законів електролізу; створення 1879 нім. фізиком Г. Гельмгольцом першої теорії подвій. електрич. шару на межі метал–електроліт; створення 1889 нім. фізико-хіміком В. Нернстом теорії виникнення напруги в електрохім. системах, що дозволила одержати кількісні вирази для електрод. потенціалів. 1930 угор. фізико-хімік Т. Ердей-Ґруз і нім. фізико-хімік М. Фольмер створили теорію уповільненого розряду-іонізації. 1933 рос. хімік О. Фрумкін об’єднав теорії уповільненого розряду іонів і будови подвій. шару Штерна, заклавши основи сучас. теорії кінетики електрод. процесів. Становлення Е. в Україні як самостій. галузі хім. науки відбувалося у 2-й пол. 19 — на поч. 20 ст. У 1860-х рр. розпочато публікацію робіт дослідників Києва, Харкова, Одеси. Серед видат. вчених-електрохіміків 19–20 ст., які працювали в Україні, — О. Бутлеров (1828–86), М. Бунге, М. Зелінський (вивчали електроліз органіч. сполук); М. Бекетов (встановив електрохім. ряд напруг металів); В. Кістяківський (досліджував корозію та пасивність металів, увів термін «електрокристалізація»); О. Саханов, Л. Писаржевський, В. Плотніков (розвинули теорію розчинів, зокрема електропровідності); М. Каяндер (1851–96; на кілька років раніше за швед. фізико-хіміка С.-С. Ареніуса зробив припущення щодо дисоціації молекул у розчинах); О. Бродський, М. Ізмайлов (дослідж. у галузі Е. розчинів); В. Ройтер (довів слушність теорії сповільненого розряду для випадку металевого перенапруження); Є. Бурксер, В. Кемула, Є. Скобець (розвиток теорії та практики полярографії); М. Усанович (поширив поняття кислоти й основи на неводні електроліти); Л. Антропов (запропонував поряд з умов. шкалою потенціалів використовувати зведену — шкала Антропова; автор унікал. підручника «Теоретическая электрохимия», який видано 1965, перевидано 1969 і 1972, а також перекладено англ. (1972), франц. (1979, усі — Москва), угор. (Будапешт, 1972) та укр. (К., 1993) мовами); Б. Шишковський, В. Тимофєєв. Нині дослідж. у галузі Е. проводять у низці ВНЗів, інститутів НАНУ та галузевих інститутів. Осн. існуючі школи сформовано вченими-електрохіміками Києва, Дніпропетровська, Харкова, а також Одеси, Чернівців, Львова, Чернігова, Сіверськодонецька (Луган. обл.), Запоріжжя, Хмельницького. Їх досягнення відображено у багатьох монографіях.

Е. іонних розплавів та неводних електролітів. Започатк. В. Плотніковим дослідж. Е. водних, невод. та розплавлених електролітів у 1920–30-х рр. розвинулись в оригін. наук. напрям, що отримав назву «київ. електрохім. школа» та у подальшому набув всесвіт. визнання. Створ. ним теорія механізму провідності сумішей стала класичною. Дослідж. у царині Е. та термодинаміки іонних розплавів продовжили В. Ізбеков, Ю. Делімарський та їхні учні. Були отримані фундам. результати з кінетики електрод. процесів у розплавах (О. Городиський, Е. Панов, Д. Ткаленко, Н. Туманова); термодинаміки та будови подвій. шару (Б. Марков, його ім’ям названо ефект дискретності іонів, специфічно адсорбованих на електроді); будови іонних розплавів та комплексоутворення (С. Волков, В. Присяжний); кислотно-основ. рівноваг у розплавах, електрохім. синтезу функціон. матеріалів і сполук (В. Шаповал, М. Слободяник); природи провідності поліфункціон. провідників (А. Великанов). Вони дозволили створити принципово нові піроелектрометалург. технол. процеси та устаткування, що знайшли широке використання в різних галузях промисловості. Вперше в світі у практику кольор. металургії впроваджено електрохім. процеси отримання свинцю та вісмуту, утилізації вторин. сировини в іонних розплавах (О. Зарубицький, А. Омельчук). Укр. вченими створ. електрохім. теорію і практику невод. розчинів (Я. Фіалков, І. Шека, Ю. Фіалков, В. Плахотник).

Ін. напрям — дослідж. закономірностей

кінетики та механізму електродних процесів у водних розчинах  — призвів до створення нових гідроелектрометалург. процесів та синтезу неорганіч. речовин (В. Стендер, А. Горбачов); одержання надчистих металів (І. Шека, Л. Козін, Д. Зосимович); одержання дисперс. металів і сплавів (О. Кудра, Е. Натансон); створення теорії та практики функціон. покриттів металами та сплавами (Л. Каданер, В. Орєхова, В. Кублановський, Н. Іванова, М. Донченко); створення теорії адсорбц. хім. поляризації та розроблення на її основі технол. процесів нанесення покриттів (М. Лошкарьов, Ф. Данилов, Ю. Лошкарьов); створення теорії нестаціонар. процесів (О. Городиський, В. Черненко, М. Костін); розроблення технол. аспектів гальванотехніки (А. Сисоєв, Б. Байрачний, Ф. Андрющенко), застосування нерівноваж. термодинаміки (А. Памфілов, О. Лопушанська, Я. Тевтуль, В. Нечипорук); визначення ролі термокінет. дослідж. та періодично протікаючих процесів при електроосадженні (Д. Грицан, В. Ларін, В. Калугін). Розвиваються роботи з органіч. Е. — обґрунтування концепції використання іон-радикалів як електрокаталізаторів різноманіт. хім. реакцій (В. Походенко, В. Кошечко); Е. полімерів — теорія і практика одержання на поверхні металів впорядкованих макромолекуляр. структур та їх деструкції (Г. Шаповал, О. Пуд); електрохім. полімеризація вінілових мономерів (Є. Ковальчук).

Хімічні джерела струму та перетворювачі енергії. Вперше в світі теоретично обґрунтував електрохім. процеси в палив. елементах О. Давтян. Він розробив середньо-температурні паливні елементи — базову складову сучас. електрохім. генераторів струму. Укр. вченими також розроблено повітряно-цинкові та повітряно-алюмінієві батареї для автотранспорту (О. Давтян, В. Преснов); електрохім. генератори на основі системи гідразін–пероксид водню (М. Кошель); літієві джерела струму різного призначення (В. Присяжний, О. Шембель, Ю. Малетін); створ. теорію електрохім. процесів у пористих електродах і діафрагмах (О. Ксенжек); теорію та технологію кадмій-нікелевих акумуляторів (Л. Сагоян); доведено можливість одержання безметал. акумуляторів на основі органіч. сполук (О. Ксенжек, В. Барсуков); розроблено ефективні напівпровідник. аноди для фотоелектрохім. систем перетворення соняч. енергії (В. Тягай, О. Васько, Г. Колбасов); електрохім. сенсори екол. безпеки повітря та техноген. середовищ (В. Чвірук). Висококваліфік. фахівців у галузі Е. готують у Нац. тех. університеті України «Київ. політех. інститут», Укр. хім.-технол. університеті (Дніпропетровськ), Нац. тех. університеті «Харків. політех. інститут», Нац. університеті «Львівська політехніка», Київ. університеті технологій та дизайну.

Завантажити статтю