Elektro­kjemi –
kjemi og elektrisitet

Anode (negativ pol): Oksidasjon skjer her – metallet løser seg opp og avgir elektroner til den ytre kretsen. Eks: Zn → Zn²⁺ + 2e⁻. Massetapet er et tegn på oksidasjon.

Katode (positiv pol): Reduksjon skjer her – ioner fra løsningen mottar elektroner. Eks: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Massen øker når kobber avsettes på elektroden.

Saltbru: Forbinder de to halvreaksjonskarene og lar ioner vandre for å opprettholde elektronøytralitet. Uten saltbru stopper strømmen fordi ladning bygger seg opp i løsningene.

Elektromotorisk kraft (EMK): Spenningen cellen produserer. E°celle = E°katode − E°anode. Positiv EMK → spontan reaksjon → galvanisk celle. Negativ EMK → ikke-spontan → krever elektrolyse.

Standardelektrodepotensial (E°): Målt ved 25°C, 1 mol/L og 1 atm mot SHE (H⁺/H₂ = 0.00 V). Positiv E°: ioner reduseres lett (edelmetall). Negativ E°: metall oksideres lett (reaktivt metall).

Cellens EMK: E°celle = E°katode − E°anode. Zn/Cu-celle: E° = +0.34 − (−0.76) = 1.10 V. En alkalisk AA-batteri: ~1.5 V. LiPo: 3.7 V. Brenselcelle (H₂/O₂): ~1.23 V.

Reaktivitetsrekken (metaller): K > Na > Ca > Mg > Al > Zn > Fe > Pb > H > Cu > Ag > Au. Et metall høyere i rekken fortrenges et metall lenger ned. Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Nernst-ligningen: E = E° − (RT/nF)·ln(Q). Spenningen avhenger av konsentrasjon. Ved likevekt: E = 0 og Q = K (likevektskonstant). Grunnlaget for pH-elektroden og andre potensialelektroder.

Litiumbatteri (LiPo/Li-ion): Anode: grafit (Li lagres mellom grafitlag). Katode: LiCoO₂ eller LiFePO₄. E° ≈ 3.7 V. Lades opp: Li⁺ vandrer tilbake. Energitetthet: ~200 Wh/kg. Brukes i EV, mobiltelefoner.

Blybatteri (bilbatteri): Anode: Pb. Katode: PbO₂. Elektrolytt: H₂SO₄(aq). E° = 2.0 V per celle → 6 celler = 12 V. Kan lades opp. Tung (35 kg) men billig og pålitelig. Høy strøm for startmotor.

Brenselcelle (H₂/O₂): H₂ oksideres ved anode: H₂ → 2H⁺ + 2e⁻. O₂ reduseres ved katode: O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O. E° = 1.23 V. Biproduktet er rent vann. Virkningsgrad ~60% (vs bensinmotor ~25%).

Kapasitet og energitetthet: Kapasitet [Ah]: total ladning batteriet kan levere. Energitetthet [Wh/kg]: energi per masse. LiPo ×5 mer energitett enn blybatteri. Tesla Model 3: ~80 kWh, 75 kg batteri.

Prinsipp: Ekstern spenningskilde tvinger elektroner til å flyte mot den spontane retningen. Anode kobles til positiv pol: oksideres. Katode til negativ pol: reduseres. Faradays lov: m = (M·I·t)/(n·F).

Elektrolyse av vann: 2H₂O → 2H₂ + O₂. Anode: 2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻. Katode: 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂. Krever ~1.23 V teoretisk (praksis ~1.8–2.0 V pga. overpotensial). Grønn hydrogen-produksjon.

Hall-Héroult-prosessen (aluminium): Al₂O₃ (bauxitt) løst i kryolitt ved ~960°C. Elektrolyse gir Al ved katode. Krever enorm elektrisk energi (~14 kWh/kg Al). Gjenvinning av Al krever bare 5% av dette.

Galvanisering (elektroavsetning): Metall avsettes fra løsning til et objekt. Forsølving, forgyldning, forkromming. Printet kretskort: kobberspor galvaniseres. Farady: m ∝ I·t (ladning).

Rustdannelse (jernkorrosjon): Anode (Fe): Fe → Fe²⁺ + 2e⁻ (oksidasjon). Katode (O₂ + H₂O): O₂ + 4e⁻ + 2H₂O → 4OH⁻ (reduksjon). Fe²⁺ + 2OH⁻ → Fe(OH)₂ → Fe₂O₃·nH₂O (rust). Krever både O₂ og H₂O.

Galvanisk korrosjon: To ulike metaller i kontakt i en elektrolytt danner en galvanisk celle. Det mer reaktive metallet (anode) korroderer akselerert. Unngå aluminiumsskruer i stål! Aluminiumsbåter med kobberrørgang korroderer raskt.

Katodisk beskyttelse: Koble et mer reaktivt metall (Zn, Mg) til det som skal beskyttes → det reaktive metallet ofres (offeranode). Brukes på skip, rørledninger, offshore-installasjoner. Zn-blokker på skipsskrog.

Andre beskyttelsesmetoder: Maling/belegg (fysisk barriere). Fortinning (hermetikkbokser): Sn er edelere enn Fe → galvanisk korrosjon hvis belegget skades! Galvanisering (Zn på stål): Zn ofres og beskytter.