Samantekt
17.1 Upprifjun á oxunar-afoxunarhvörfum
Oxunar-afoxunarhvörf eru skilgreind út frá breytingum á oxunartölum hvarfefna. Þau hvörf sem skipta mestu máli í rafefnafræði fela í sér raunverulegan flutning rafeinda. Oxunar-afoxunarferli í vatnslausn fela oft í sér vatn eða einkennandi jónir þess, H⁺ og OH⁻, sem hvarfefni til viðbótar við oxara og afoxara, og getur verið krefjandi að stilla jöfnur fyrir slík hvörf. Hálfhvarfsaðferðin er kerfisbundin leið til að stilla þessar jöfnur þar sem oxunarhálfhvarf og afoxunarhálfhvarf eru meðhöndluð hvort í sínu lagi.
17.2 Galvaníhlöður
Galvaníhlöður eru tæki þar sem sjálfgengt oxunar-afoxunarhvarf fer fram óbeint, með oxara og afoxara í aðskildum hálfsellum. Rafeindir flytjast frá afoxaranum í forskautshálfsellunni til oxarans í bakskautshálfsellunni um ytri rafrás. Óvirkar jónir í lausn flytjast milli hálfsellna, um saltbrú, til að viðhalda hleðslujafnvægi. Byggingu og samsetningu galvaníhlöðu má lýsa stuttlega með efnaformúlum og öðrum táknum í sellutáknun.
17.3 Rafskautsspennur og íspennur
Stærðin spenna, E, lýsir orku sem tengist aðskilnaði eða flutningi hleðslu. Í rafefnafræði eru íspennur sella og hálfsellna varmafræðilegar stærðir sem endurspegla drifkraft eða sjálfgengni oxunar-afoxunarferla þeirra. Íspenna rafefnasellu er spennumunurinn milli bakskauts og forskauts. Til að auðvelda miðlun gagna um hálfselluspennur er staðalvetnisrafskautinu (SHE) gefin spennan nákvæmlega 0 V og það notað til að skilgreina rafskautsspennu fyrir hverja hálfsellu. Rafskautsspenna hálfsellu, E_X, er íspenna sellu þar sem viðkomandi hálfsella verkar sem bakskaut þegar hún er tengd við SHE sem verkar sem forskaut. Þegar hálfsellan starfar við staðalaðstæður er spenna hennar staðalrafskautsspenna, E°_X. Staðalrafskautsspennur endurspegla hlutfallslegan oxunarstyrk hvarfefnis hálfhvarfsins; sterkari oxarar hafa stærri og jákvæðari E°_X-gildi. Nota má töflur yfir staðalrafskautsspennur til að reikna staðalíspennu, E°_cell, fyrir mörg oxunar-afoxunarhvörf. Fortákn íspennu sýnir hvort selluhvarfið er sjálfgengt: jákvæð gildi tákna sjálfgeng hvörf en neikvæð gildi ósjálfgeng hvörf, sem eru sjálfgeng í öfuga átt.
17.4 Íspenna, fríorka og jafnvægi
Íspenna er varmafræðileg stærð sem endurspeglar innri drifkraft oxunar-afoxunarferlis og tengist beint fríorkubreytingu og jafnvægisfasta ferlisins. Fyrir oxunar-afoxunarferli í rafefnasellum má reikna hámarks rafvinnu kerfisins út frá íspennu og efnamagnshlutföllum hvarfsins; hún er jöfn fríorkubreytingu ferlisins. Jafnvægisfasti oxunar-afoxunarhvarfs tengist íspennu hvarfsins með logaritma. Stærri og jákvæðari spennur tákna hvörf með meiri drifkraft sem ná jafnvægi þegar hvarfið er langt komið í átt að myndefnum, með stórt K-gildi. Að lokum breytist íspenna oxunar-afoxunarferlis með samsetningu hvarfblöndunnar og tengist staðalíspennu hvarfsins og hvarfkvóta þess, Q, eins og Nernst-jafnan lýsir.
17.5 Rafhlöður og efnarafalar
Galvaníhlöður sem eru sérstaklega hannaðar til að vera raforkugjafar kallast rafhlöður. Á markaði eru bæði einnota rafhlöður (frumsellur) og endurhlaðanlegar rafhlöður (hlaðsellur) fyrir margs konar notkun, og mikilvægar eiginleikalýsingar þeirra eru meðal annars íspenna, stærð og ending. Efnarafalar, stundum kallaðir flæðirafhlöður, eru tæki sem nýta orku sjálfgengra oxunar-afoxunarhvarfa sem tengjast venjulega brunaferlum. Líkt og rafhlöður beina efnarafalar rafeindaflutningi hvarfsins um ytri rafrás, en þeir krefjast stöðugs innstreymis oxunar-afoxunarhvarfefna, eldsneytis og oxara, úr ytri geymi. Efnarafalar eru yfirleitt mun skilvirkari en brunahreyflar við að breyta orkunni sem losnar í hvarfinu í nýtanlega vinnu.
17.6 Tæring
Sjálfgeng oxun málma með náttúrulegum rafefnafræðilegum ferlum kallast tæring. Þekkt dæmi eru ryðmyndun járns og sverting silfurs. Tæringarferli fela í sér myndun galvaníhlöðu þar sem mismunandi staðir á málmhlutnum verka sem forskaut og bakskaut, og tæringin á sér stað á forskautssvæðinu. Aðferðir til að koma í veg fyrir tæringu málma eru meðal annars hlífðarhúð úr sinki, sinkhúðun eða galvanhúðun, og fórnarskaut sem tengd eru við málmhlutinn, svokölluð bakskautsvörn.
17.7 Rafgreining
Hægt er að knýja fram ósjálfgeng oxunar-afoxunarferli í rafefnasellum með því að beita viðeigandi spennu frá ytri aflgjafa; ferlið kallast rafgreining. Rafgreining er undirstaða ákveðinna hreinsunarferla fyrir málmgrýti, iðnaðarframleiðslu margra efna og rafhúðunar málmlaga á ýmsar vörur. Mæling á rafstraumi meðan á rafgreiningu stendur gerir efnamagnsreikninga mögulega.