تاريخ الكيمياء الكهربائية

شهدت الكيمياء الكهربائية ، وهي فرع من فروع الكيمياء ، تطورات عديدة خلال مسيرتها، بدءًا من مبادئها الأولية المتعلقة بالمغناطيس في أوائل القرنين السادس عشر والسابع عشر، وصولًا إلى نظريات معقدة تشمل التوصيلية والشحنة الكهربائية والأساليب الرياضية. وقد استُخدم مصطلح الكيمياء الكهربائية لوصف الظواهر الكهربائية في أواخر القرنين التاسع عشر والعشرين. وفي العقود الأخيرة، أصبحت الكيمياء الكهربائية مجالًا بحثيًا هامًا، يشمل أبحاثًا في البطاريات وخلايا الوقود ، ومنع تآكل المعادن، واستخدام الخلايا الكهروكيميائية لإزالة المواد العضوية المقاومة للتحلل والملوثات المماثلة في التخثير الكهربائي لمياه الصرف الصحي، وتحسين تقنيات تكرير المواد الكيميائية باستخدام التحليل الكهربائي والرحلان الكهربائي .

شهد القرن السادس عشر بداية الفهم العلمي للكهرباء والمغناطيسية الذي بلغ ذروته مع إنتاج الطاقة الكهربائية والثورة الصناعية في أواخر القرن التاسع عشر.

في خمسينيات القرن السادس عشر، أمضى العالم الإنجليزي ويليام جيلبرت 17 عامًا في إجراء تجارب على المغناطيسية ، وإلى حد أقل، على الكهرباء. وبفضل عمله في مجال المغناطيس، عُرف جيلبرت بلقب "أبو المغناطيسية". وسرعان ما أصبح كتابه " دي ماغنيت " مرجعًا أساسيًا في جميع أنحاء أوروبا حول الظواهر الكهربائية والمغناطيسية، وميّز بوضوح بين المغناطيسية وما كان يُعرف آنذاك باسم "تأثير الكهرمان" (الكهرباء الساكنة).

في عام 1663، ابتكر الفيزيائي الألماني أوتو فون غيريكه أول مولد كهربائي ساكن، والذي كان يُنتج الكهرباء الساكنة عن طريق الاحتكاك. يتكون المولد من كرة كبريت كبيرة داخل غلاف زجاجي، مثبتة على عمود. تُدار الكرة بواسطة ذراع تدوير، وتُنتج شرارة كهربائية ساكنة عند احتكاك وسادة بالكرة أثناء دورانها. يمكن إزالة الغلاف الزجاجي واستخدامه كمصدر كهربائي لإجراء تجارب على الكهرباء. استخدم فون غيريكه مولده لإثبات أن الشحنات المتشابهة تتنافر.

في عام 1709، اكتشف فرانسيس هوكسبي في الجمعية الملكية بلندن أنه بوضع كمية صغيرة من الزئبق في زجاج مولد فون جيريك وتفريغ الهواء منه، فإنه سيتوهج كلما تراكمت شحنة كهربائية على الكرة الزجاجية ولمستها يده. وهكذا ابتكر أول مصباح تفريغ غازي .

بين عامي 1729 و1736، أجرى العالمان الإنجليزيان ستيفن غراي وجين ديساغولير سلسلة من التجارب التي أظهرت إمكانية شحن الفلين أو أي جسم آخر على بُعد يصل إلى 245-275 مترًا (800 أو 900 قدم  ) عن طريق توصيله عبر أنبوب زجاجي مشحون بمواد مثل الأسلاك المعدنية أو خيوط القنب. ووجدا أن مواد أخرى، كالحرير ، لا تُحدث هذا التأثير.

بحلول منتصف القرن الثامن عشر، اكتشف الكيميائي الفرنسي شارل فرانسوا دي سيستيرناي دو فاي نوعين من الكهرباء الساكنة، وأن الشحنات المتشابهة تتنافر بينما تتجاذب الشحنات المختلفة. أعلن دو فاي أن الكهرباء تتكون من سائلين: زجاجي (من اللاتينية بمعنى "زجاج")، أو موجب، وكهرباء راتنجية ، أو سالبة. عُرفت هذه النظرية باسم "نظرية السائلين" للكهرباء، والتي عارضتها لاحقًا في القرن نظرية "السائل الواحد" لبنجامين فرانكلين .

في عام ١٧٤٥، وضع جان أنطوان نوليه نظريةً للتجاذب والتنافر الكهربائيين، تفترض وجود تدفق مستمر للمادة الكهربائية بين الأجسام المشحونة. لاقت نظرية نوليه قبولًا واسعًا في البداية، لكنها واجهت مقاومةً في عام ١٧٥٢ مع ترجمة كتاب فرانكلين " تجارب وملاحظات حول الكهرباء" إلى الفرنسية. دار نقاش بين فرانكلين ونوليه حول طبيعة الكهرباء، حيث أيّد فرانكلين التأثير عن بُعد ونوعين متناقضين نوعيًا من الكهرباء، بينما دافع نوليه عن التأثير الميكانيكي ونوع واحد من المائع الكهربائي. في النهاية، انتصرت حجة فرانكلين، وتم التخلي عن نظرية نوليه.

في عام ١٧٤٨، اخترع نوليه أحد أوائل أجهزة قياس الكهرباء ، وهو جهاز الإلكتروسكوب ، الذي يُظهر الشحنة الكهربائية باستخدام التجاذب والتنافر الكهروستاتيكي. ويُنسب إلى نوليه الفضل في إطلاق اسم " جرة ليدن " على أول جهاز لتخزين الكهرباء. وقد استُبدل اختراع نوليه بجهاز قياس الكهرباء الذي ابتكره هوراس-بينيديكت دي سوسير في عام ١٧٦٦.

بحلول أربعينيات القرن الثامن عشر، أجرى ويليام واتسون عدة تجارب لتحديد سرعة الكهرباء . كان الاعتقاد السائد آنذاك أن الكهرباء أسرع من الصوت، لكن لم يكن قد تم ابتكار اختبار دقيق لقياس سرعة التيار. قام واتسون، في الحقول شمال لندن، بمدّ خط من الأسلاك مدعومًا بعصي جافة وحرير، امتد لمسافة 3.7  كيلومتر (12276 قدمًا). حتى مع هذا الطول، بدت سرعة الكهرباء لحظية. ^{[ 1 ]}

بحلول خمسينيات القرن الثامن عشر، ومع ازدياد شعبية دراسة الكهرباء، سعى الباحثون إلى إيجاد طرق فعّالة لإنتاجها. وكان المولد الذي طوره جيسي رامسدن من أوائل المولدات الكهروستاتيكية التي تم اختراعها. استُخدمت الكهرباء المُنتجة بواسطة هذه المولدات لعلاج الشلل وتشنجات العضلات، وللتحكم في معدل ضربات القلب. وشملت الاستخدامات الطبية الأخرى للكهرباء تزويد الجسم بها، واستخلاص الشرارات منها، وتطبيق شرارات من المولد على الجسم.

وضع شارل أوغستان دي كولوم قانون التجاذب الكهروستاتيكي عام ١٧٨١، نتاجًا لمحاولته دراسة قانون التنافر الكهربائي كما وضعه جوزيف بريستلي في إنجلترا. ولتحقيق هذه الغاية، اخترع جهازًا حساسًا لقياس القوى الكهربائية المتضمنة في قانون بريستلي. كما وضع قانون التربيع العكسي للتجاذب والتنافر بين الأقطاب المغناطيسية، والذي أصبح أساسًا للنظرية الرياضية للقوى المغناطيسية التي طورها سيميون دينيس بواسون . كتب كولوم سبعة أعمال مهمة في الكهرباء والمغناطيسية، قدمها إلى أكاديمية العلوم بين عامي ١٧٨٥ و١٧٩١، ذكر فيها أنه طور نظرية التجاذب والتنافر بين الأجسام المشحونة، ثم انطلق في البحث عن الموصلات والعوازل المثالية . وأشار إلى أنه لا يوجد عازل مثالي، مقترحًا أن لكل مادة حدًا معينًا، تتجاوزه عند توصيل الكهرباء. سُميت وحدة الشحنة في النظام الدولي للوحدات (SI) بالكولوم تكريمًا له.

في عام 1789، طوّر فرانز إيبينوس جهازًا بخصائص "المكثف" (المعروف الآن باسم الكابستور ). كان مكثف إيبينوس أول كابستور يُطوّر بعد جرة ليدن، واستُخدم لإثبات التوصيل والحث . صُمّم الجهاز بحيث يمكن تعديل المسافة بين لوحين، كما يمكن إزالة العازل الزجاجي الذي يفصل بينهما أو استبداله بمواد أخرى.

على الرغم من اكتساب المعرفة بالخصائص الكهربائية وبناء المولدات، إلا أنه لم يكن حتى أواخر القرن الثامن عشر عندما قام الطبيب وعالم التشريح الإيطالي لويجي جالفاني بوضع علامة على ميلاد الكيمياء الكهربائية من خلال إنشاء جسر بين الانقباضات العضلية والكهرباء في مقالته عام 1791 بعنوان De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius (تعليق على تأثير الكهرباء على الحركة العضلية)، حيث اقترح وجود "مادة عصبية كهربائية" في الكائنات الحية.

في مقالته، خلص غالفاني إلى أن الأنسجة الحيوانية تحتوي على قوة حيوية فطرية غير معروفة سابقًا، أطلق عليها اسم "الكهرباء الحيوانية"، والتي تُنشّط العضلات عند وضعها بين قطبين معدنيين. اعتقد أن هذا دليل على وجود شكل جديد من الكهرباء، يختلف عن الشكل "الطبيعي" الناتج عن البرق والشكل "الاصطناعي" الناتج عن الاحتكاك (الكهرباء الساكنة). اعتبر الدماغ أهم عضو لإفراز هذا "السائل الكهربائي"، وأن الأعصاب تنقله إلى العضلات. اعتقد أن الأنسجة تعمل بشكل مشابه للسطحين الخارجي والداخلي لأواني ليدن. يوفر تدفق هذا السائل الكهربائي محفزًا لألياف العضلات .

تقبّل زملاء غالفاني العلميون آراءه عمومًا، لكن أليساندرو فولتا ، أستاذ الفيزياء المتميز في جامعة بافيا ، لم يقتنع بتشبيه العضلات بأواني ليدن. فقد رأى أن أرجل الضفادع المستخدمة في تجارب غالفاني لم تكن سوى بمثابة كاشف كهربائي، وخلص إلى أن تلامس المعادن المختلفة هو المصدر الحقيقي للتحفيز. وأطلق على الكهرباء المتولدة اسم "الكهرباء المعدنية"، وقرر أن انقباض العضلة عند ملامستها للمعدن يُحاكي عمل الكاشف الكهربائي. علاوة على ذلك، ادعى فولتا أنه إذا لامس معدنان مختلفان متلامسان عضلةً، فسيحدث اضطرابٌ أيضًا ويزداد مع ازدياد اختلاف المعدنين. دحض غالفاني هذا الادعاء بحصوله على انقباض عضلي باستخدام قطعتين من معدن متشابه. لاحقًا، استُخدم اسم فولتا لوحدة الجهد الكهربائي، وهي الفولت .

في عام 1800، نجح الكيميائيان الإنجليزيان ويليام نيكلسون ويوهان فيلهلم ريتر في فصل الماء إلى هيدروجين وأكسجين عن طريق التحليل الكهربائي . وبعد ذلك بوقت قصير ، اكتشف ريتر عملية الطلاء الكهربائي . كما لاحظ أن كمية المعدن المترسب وكمية الأكسجين المنتجة خلال عملية التحليل الكهربائي تعتمد على المسافة بين الأقطاب الكهربائية . وبحلول عام 1801، كان ريتر قد رصد التيارات الكهروحرارية، مما مهد الطريق لاكتشاف توماس يوهان سيبك للكهرباء الحرارية .

في عام ١٨٠٢، صمّم ويليام كروكشانك أول بطارية كهربائية قابلة للإنتاج بكميات كبيرة. وكما فعل فولتا، رتّب كروكشانك صفائح نحاسية مربعة الشكل، قام بلحام أطرافها، مع صفائح من الزنك بنفس الحجم. وُضعت هذه الصفائح في صندوق خشبي مستطيل طويل، أُغلق بإحكام باستخدام الإسمنت. ثبّتت أخاديد داخل الصندوق الصفائح المعدنية في مكانها. ثم مُلئ الصندوق بمحلول إلكتروليتي من محلول ملحي ، أو حمض مخفف. تميّز هذا التصميم المُغمر بعدم جفافه مع الاستخدام، كما أنه وفّر طاقة أكبر من تصميم فولتا، الذي استخدم أوراقًا مشبعة بالمحلول الملحي بين الصفائح.

في سعيهما لتحسين إنتاج معدن البلاتين ، تعاون العالمان ويليام هايد ولاستون وسميثسون تينانت لتصميم تقنية كهروكيميائية فعّالة لتنقية البلاتين. وقد أسفرت جهود تينانت عن اكتشاف عنصري الإيريديوم والأوزميوم . أما جهود ولاستون، فقد قادته بدوره إلى اكتشاف معدني البلاديوم عام 1803 والروديوم عام 1804 .

أدخل وولاستون تحسينات على البطارية الجلفانية (المسماة نسبةً إلى غالفاني) في العقد الثاني من القرن التاسع عشر. في بطارية وولاستون، استُبدل الصندوق الخشبي بوعاء فخاري، وثُنيت صفيحة نحاسية على شكل حرف U، ووُضعت صفيحة واحدة من الزنك في مركز النحاس المثني. مُنعت صفيحة الزنك من ملامسة النحاس بواسطة قطع من الفلين أو الخشب. في تصميمه للخلية الواحدة، لُحمت الصفيحة النحاسية على شكل حرف U بمقبض أفقي لرفع صفيحتي النحاس والزنك من المحلول الإلكتروليتي عندما لا تكون البطارية قيد الاستخدام.

في عام ١٨٠٩، طوّر صموئيل توماس فون سومرينغ أول جهاز تلغراف . استخدم جهازًا مزودًا بـ ٢٦ سلكًا (سلك لكل حرف من حروف الأبجدية الألمانية ) تنتهي جميعها في وعاء يحتوي على حمض. في محطة الإرسال، كان يتم توصيل مفتاح، يُكمل الدائرة الكهربائية ببطارية، بكل سلك من أسلاك الخط حسب الحاجة. كان مرور التيار الكهربائي يتسبب في تحلل الحمض كيميائيًا، وتُقرأ الرسالة بملاحظة فقاعات الغاز التي تظهر عند طرفي السلك. هكذا تمكن من إرسال الرسائل، حرفًا حرفًا.

أدى عمل همفري ديفي في مجال التحليل الكهربائي إلى استنتاج مفاده أن إنتاج الكهرباء في الخلايا التحليلية البسيطة ينتج عن تفاعلات كيميائية بين الإلكتروليت والمعادن، ويحدث ذلك بين مواد ذات شحنات متضادة. وقد استنتج أن تفاعلات التيارات الكهربائية مع المواد الكيميائية تُعدّ الوسيلة الأرجح لتحليل جميع المواد إلى عناصرها الأساسية. وقد شرح هذه الآراء في محاضرته " حول بعض العوامل الكيميائية للكهرباء" عام 1806 ، والتي نال عنها جائزة نابليون من معهد فرنسا عام 1807 (على الرغم من أن إنجلترا وفرنسا كانتا في حالة حرب آنذاك). وأدى هذا العمل مباشرةً إلى عزل الصوديوم والبوتاسيوم من مركباتهما الشائعة، وعزل المعادن القلوية الترابية من مركباتها عام 1808.

كان اكتشاف هانز كريستيان أورستد للتأثير المغناطيسي للتيارات الكهربائية عام 1820 إنجازًا هامًا، على الرغم من أنه ترك المزيد من الأبحاث في مجال الكهرومغناطيسية لغيره. سرعان ما أعاد أندريه ماري أمبير تجربة أورستد، وصاغها رياضيًا (والتي أصبحت قانون أمبير ). كما اكتشف أورستد أن الإبرة المغناطيسية لا تنحرف فقط بفعل التيار الكهربائي، بل ينحرف السلك الكهربائي الحي أيضًا في المجال المغناطيسي، مما وضع الأساس لبناء المحرك الكهربائي. وكان اكتشاف أورستد لمادة البيبيرين ، أحد المكونات اللاذعة للفلفل، إسهامًا هامًا في الكيمياء، وكذلك تحضيره للألمنيوم عام 1825.

خلال عشرينيات القرن التاسع عشر، طوّر روبرت هير جهاز الاحتراق السريع ، وهو نوع من البطاريات الفولتية ذات ألواح كبيرة تُستخدم لإنتاج احتراق سريع وقوي . وفي عام 1823، استُخدم شكل مُعدّل من هذا الجهاز في تبخير وصهر الكربون . وبفضل هذه البطاريات، استُخدمت الكهرباء الفولتية لأول مرة في التفجير تحت الماء عام 1831.

في عام 1821، أثبت الفيزيائي الإستوني الألماني، توماس يوهان سيبك، وجود فرق الجهد الكهربائي بين نقطتي التقاء معدنين مختلفين عند وجود فرق في درجة الحرارة بينهما. قام بتوصيل سلك نحاسي بسلك من البزموت لتشكيل حلقة أو دائرة كهربائية. تكونت نقطتا الالتقاء بربط طرفي السلكين ببعضهما. ثم اكتشف بالصدفة أنه عند تسخين إحدى نقطتي الالتقاء إلى درجة حرارة عالية، مع بقاء الأخرى عند درجة حرارة الغرفة، يتولد مجال مغناطيسي حول الدائرة.

لم يدرك أن تيارًا كهربائيًا يتولد عند تسخين وصلة ثنائية المعدن. استخدم مصطلح "التيارات الكهروحرارية المغناطيسية" أو "الكهروحرارية المغناطيسية" للتعبير عن اكتشافه. على مدى العامين التاليين، قدم تقارير عن ملاحظاته المتواصلة إلى الأكاديمية البروسية للعلوم ، حيث وصف ملاحظته بأنها "الاستقطاب المغناطيسي للمعادن والخامات الناتج عن اختلاف درجة الحرارة". أصبح تأثير سيبك هذا أساسًا للمزدوجة الحرارية ، التي لا تزال تُعتبر أدق مقياس لدرجة الحرارة حتى اليوم. بعد أكثر من عقد من الزمان، لوحظ تأثير بلتييه المعاكس عند تمرير تيار كهربائي في دائرة كهربائية تحتوي على معدنين مختلفين، مما أدى إلى اختلاف في درجة الحرارة بينهما.

في عام 1827، عبر العالم الألماني جورج أوم عن قانونه في كتابه الشهير Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (الدائرة الجلفانية التي تم التحقيق فيها رياضياً) والذي قدم فيه نظريته الكاملة عن الكهرباء.

في عام 1829، طوّر أنطوان سيزار بيكريل خلية "التيار الثابت"، وهي النواة الأولى لخلية دانييل الشهيرة . عند مراقبة هذه الخلية الحمضية القلوية بواسطة الجلفانومتر ، وُجد أن التيار ثابت لمدة ساعة، وهو أول مثال على "التيار الثابت". طبّق بيكريل نتائج دراسته للكهرباء الحرارية في بناء ترمومتر كهربائي، وقاس درجات حرارة باطن الحيوانات، والتربة على أعماق مختلفة، والغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة. ساهم في التحقق من صحة قوانين فاراداي ، وأجرى أبحاثًا مستفيضة حول الطلاء الكهربائي للمعادن، مع تطبيقات في تشطيب المعادن وعلم المعادن . يعود تاريخ تقنية الخلايا الشمسية إلى عام 1839، عندما لاحظ بيكريل أن تسليط الضوء على قطب كهربائي مغمور في محلول موصل يُولّد تيارًا كهربائيًا.

بدأ مايكل فاراداي ، عام ١٨٣٢، ما بدا محاولةً شاقةً لإثبات أن جميع أنواع الكهرباء لها نفس الخصائص تمامًا وتُحدث نفس التأثيرات تمامًا. وكان التأثير الرئيسي هو التفكك الكهروكيميائي. لم تُشكّل الكهرباء الفولتية والكهرومغناطيسية أي مشكلة، لكن الكهرباء الساكنة فعلت. وبينما تعمّق فاراداي في دراسة المشكلة، توصّل إلى اكتشافين مذهلين. أولًا، لم تكن القوة الكهربائية، كما كان يُعتقد لفترة طويلة، تؤثر عن بُعد على الجزيئات لتُسبب تفككها. بل كان مرور الكهرباء عبر وسط سائل موصل هو ما يُسبب تفكك الجزيئات، حتى عندما تتفرّغ الكهرباء في الهواء فقط ولا تمر عبر "قطب" أو "مركز تأثير" في خلية فولطية. ثانيًا، وُجد أن مقدار التفكك يرتبط ارتباطًا مباشرًا بكمية الكهرباء المارة عبر المحلول.

قادت هذه النتائج فاراداي إلى نظرية جديدة في الكيمياء الكهربائية. فقد جادل بأن القوة الكهربائية تُدخل جزيئات المحلول في حالة توتر. وعندما تكون هذه القوة كافية لتشويه القوى التي تربط الجزيئات ببعضها، مما يسمح بالتفاعل مع الجزيئات المجاورة، يزول التوتر بانتقال الجزيئات على طول خطوط التوتر، حيث تهاجر أجزاء الذرات المختلفة في اتجاهات متعاكسة. ومن ثم، فإن كمية الكهرباء المارة ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالتقارب الكيميائي للمواد في المحلول. وقد أدت هذه التجارب مباشرةً إلى قانوني فاراداي في الكيمياء الكهربائية اللذين ينصان على ما يلي:

• كمية المادة المترسبة على كل قطب من أقطاب الخلية التحليلية تتناسب طرديًا مع كمية الكهرباء التي تمر عبر الخلية.
• تكون كميات العناصر المختلفة المترسبة بواسطة كمية معينة من الكهرباء بنسبة أوزانها الكيميائية المكافئة .

قام ويليام ستورجون ببناء محرك كهربائي عام 1832، واخترع المبدل ، وهو عبارة عن حلقة من فرش معدنية تسمح للعضو الدوار بالحفاظ على اتصاله بالتيار الكهربائي، وحوّل التيار المتردد إلى تيار مستمر نابض . كما قام بتحسين البطارية الفولتية وعمل على نظرية الكهروحرارية.

قام هيبوليت بيكسي ، وهو صانع أدوات فرنسي، بصنع أول دينامو في عام 1832، ثم قام لاحقًا ببناء دينامو للتيار المستمر باستخدام المبدل. وكان هذا أول مولد ميكانيكي عملي للتيار الكهربائي يستخدم المفاهيم التي طرحها فاراداي.

بدأ جون دانييل تجاربه عام 1835 في محاولة لتحسين البطارية الفولتية التي كانت تعاني من عدم استقرارها وضعف مصدرها للتيار الكهربائي. وسرعان ما أثمرت تجاربه نتائج باهرة. ففي عام 1836، اخترع خلية أولية يتم فيها التخلص من الهيدروجين أثناء توليد الكهرباء. وقد حلّ دانييل بذلك مشكلة الاستقطاب . في مختبره، تعلّم كيفية مزج الزنك المُملغم من سمك الحفش مع الزئبق. وكانت نسخته الأولى من فئة البطاريات ثنائية السائل، وأول بطارية تُنتج مصدرًا ثابتًا وموثوقًا للتيار الكهربائي لفترة طويلة.

أنتج ويليام غروف أول خلية وقود عام 1839. استندت تجربته على حقيقة أن تمرير تيار كهربائي عبر الماء يفصل الماء إلى مكوناته الأساسية من الهيدروجين والأكسجين. لذا، حاول غروف عكس التفاعل، أي دمج الهيدروجين والأكسجين لإنتاج الكهرباء والماء. وفي عام 1889، صاغ لودفيغ موند وتشارلز لانغر مصطلح " خلية الوقود" ، حيث حاولا بناء أول جهاز عملي باستخدام الهواء وغاز الفحم الصناعي . كما قدم غروف بطارية قوية في الاجتماع السنوي للجمعية البريطانية لتقدم العلوم عام 1839. تكونت خلية غروف الأولى من الزنك في حمض الكبريتيك المخفف والبلاتين في حمض النيتريك المركز ، يفصل بينهما وعاء مسامي. استطاعت الخلية توليد تيار كهربائي يبلغ حوالي 12 أمبير عند جهد 1.8 فولت تقريبًا، أي ما يقارب ضعف جهد خلية دانييل الأولى. كانت خلية حمض النيتريك الخاصة بـ Grove هي البطارية المفضلة للتلغراف الأمريكي المبكر (1840-1860)، لأنها كانت توفر تيارًا قويًا.

مع ازدياد تعقيد أجهزة التلغراف، أصبحت الحاجة إلى جهد ثابت أمرًا بالغ الأهمية، مما حدّ من فعالية جهاز غروف (إذ مع تفريغ البطارية، ينضب حمض النيتريك وينخفض ​​الجهد). وبحلول الحرب الأهلية الأمريكية ، استُبدلت بطارية غروف ببطارية دانييل. وفي عام ١٨٤١، استبدل روبرت بنسن قطب البلاتين باهظ الثمن المستخدم في بطارية غروف بقطب كربوني. وقد أدى ذلك إلى استخدام "بطارية بنسن" على نطاق واسع في إنتاج الإضاءة القوسية وفي الطلاء الكهربائي.

في عام 1846، طوّر فيلهلم ويبر جهاز الدينامومتر الكهربائي ، حيث يتسبب مرور تيار كهربائي في دوران ملف معلق داخل ملف آخر. وفي عام 1852، عرّف ويبر الوحدة المطلقة للمقاومة الكهربائية (والتي سُميت بالأوم نسبةً إلى جورج أوم). ويُستخدم اسم ويبر الآن كوحدة لوصف التدفق المغناطيسي ، وهو وحدة ويبر .

استنتج الفيزيائي الألماني يوهان هيتورف أن حركة الأيونات هي التي تُسبب التيار الكهربائي. في عام 1853، لاحظ هيتورف أن بعض الأيونات تتحرك بسرعة أكبر من غيرها. أدت هذه الملاحظة إلى ظهور مفهوم رقم النقل، وهو معدل نقل التيار الكهربائي بواسطة أيونات معينة. قاس هيتورف التغيرات في تركيز المحاليل المُحللة كهربائيًا، وحسب منها أرقام النقل (القدرة النسبية على نقل التيار) للعديد من الأيونات، وفي عام 1869، نشر نتائجه التي تُحكم هجرة الأيونات.

في عام 1866، حصل جورج ليكلانشيه على براءة اختراع لنظام بطارية جديد، حقق نجاحًا فوريًا. كانت خلية ليكلانشيه الأصلية مُجمّعة في وعاء مسامي. يتكون القطب الموجب ( الكاثود ) من ثاني أكسيد المنغنيز المطحون مع قليل من الكربون. أما القطب السالب ( الأنود ) فكان عبارة عن قضيب من الزنك. وُضع الكاثود داخل الوعاء، وأُدخل قضيب من الكربون ليعمل كمجمع للتيار. ثم غُمر الأنود والوعاء في محلول كلوريد الأمونيوم. عمل السائل كإلكتروليت، حيث تسرب بسهولة عبر الوعاء المسامي وتلامس مع مادة الكاثود. أصبحت خلية ليكلانشيه "الرطبة" النواة الأولى لأول بطارية واسعة الانتشار في العالم، وهي خلية الزنك والكربون.

في عام 1869، ابتكر زينوب غرام أول مولد كهربائي يعمل بالتيار المستمر النظيف. تميز مولده بحلقة ملفوفة بالعديد من اللفائف الفردية من الأسلاك.

نشر سفانتي أوغست أرهينيوس أطروحته عام 1884 بعنوان " أبحاث حول الموصلية الجلفانية للإلكتروليتات ". واستنتج من نتائج تجاربه أن الإلكتروليتات، عند ذوبانها في الماء، تتفكك بدرجات متفاوتة إلى أيونات موجبة وسالبة. وتعتمد درجة هذا التفكك بالدرجة الأولى على طبيعة المادة وتركيزها في المحلول، حيث يكون التفكك أكثر وضوحًا كلما زاد التخفيف. ويُفترض أن الأيونات هي ناقلات ليس فقط للتيار الكهربائي، كما هو الحال في التحليل الكهربائي، بل أيضًا للنشاط الكيميائي. وقد أعطت العلاقة بين العدد الفعلي للأيونات وعددها عند التخفيف الشديد (عندما تتفكك جميع الجزيئات) كمية ذات أهمية خاصة ("ثابت النشاط").

فاز بول هيرولت وتشارلز إم. هول بالسباق نحو إنتاج الألومنيوم تجاريًا في عام 1886. تمثلت المشكلة التي واجهها العديد من الباحثين في استخلاص الألومنيوم في أن التحليل الكهربائي لملح الألومنيوم المذاب في الماء ينتج عنه هيدروكسيد الألومنيوم . _وقد تغلب كل من هول وهيرولت على هذه المشكلة بإذابة أكسيد الألومنيوم في مذيب جديد هو _{الكريوليت} المنصهر ( Na3AlF6 ) .

بدأ فيلهلم أوستوالد ، الحائز على جائزة نوبل عام 1909 ، أعماله التجريبية عام 1875، بدراسة قانون فعل الكتلة للماء وعلاقته بمشاكل الألفة الكيميائية، مع التركيز بشكل خاص على الكيمياء الكهربائية والديناميكا الكيميائية . وفي عام 1894، قدّم أول تعريف حديث للمحفز، ووجّه اهتمامه نحو التفاعلات التحفيزية. ويُعرف أوستوالد بشكل خاص بإسهاماته في مجال الكيمياء الكهربائية، بما في ذلك دراسات مهمة حول التوصيل الكهربائي والتفكك الإلكتروليتي للأحماض العضوية.

وضع هيرمان نيرنست نظرية القوة الدافعة الكهربائية للخلية الفولتية عام 1888. وطوّر طرقًا لقياس ثوابت العزل الكهربائي، وكان أول من أثبت أن المذيبات ذات ثوابت العزل الكهربائي العالية تعزز تأين المواد. استلهم نيرنست دراساته المبكرة في الكيمياء الكهربائية من نظرية أرهينيوس للتفكك، التي أقرت لأول مرة بأهمية الأيونات في المحلول. في عام 1889، أوضح نيرنست نظرية الخلايا الجلفانية بافتراض "ضغط الذوبان الإلكتروليتي"، الذي يدفع الأيونات من الأقطاب الكهربائية إلى المحلول، والذي يتعارض مع الضغط الأسموزي للأيونات المذابة. وطبّق مبادئ الديناميكا الحرارية على التفاعلات الكيميائية التي تحدث في البطارية. وفي العام نفسه، بيّن كيف يمكن استخدام خصائص التيار الناتج لحساب تغير الطاقة الحرة في التفاعل الكيميائي المُنتج للتيار. ووضع معادلة، تُعرف بمعادلة نيرنست ، تصف العلاقة بين جهد خلية البطارية وخصائصها.

في عام ١٨٩٨، نشر فريتز هابر كتابه الدراسي " الكيمياء الكهربائية: الأسس النظرية للكيمياء الكهربائية التقنية"، والذي استند فيه إلى محاضراته التي ألقاها في كارلسروه . وفي مقدمة كتابه، أعرب عن نيته ربط البحث الكيميائي بالعمليات الصناعية، وفي العام نفسه، عرض نتائج عمله على الأكسدة والاختزال الإلكتروليتيين، حيث بيّن إمكانية الحصول على نواتج اختزال محددة إذا ما تم الحفاظ على ثبات الجهد عند المهبط. وفي عام ١٨٩٨، شرح هابر اختزال النيتروبنزين على مراحل عند المهبط، وأصبح هذا نموذجًا لعمليات اختزال مماثلة أخرى.

في عام ١٩٠٩، بدأ روبرت أندروز ميليكان سلسلة من التجارب لتحديد الشحنة الكهربائية التي يحملها إلكترون واحد. بدأ بقياس مسار قطرات الماء المشحونة في مجال كهربائي. أشارت النتائج إلى أن شحنة القطرات هي مضاعف للشحنة الكهربائية الأولية، لكن التجربة لم تكن دقيقة بما يكفي لتكون مقنعة. حصل على نتائج أكثر دقة في عام ١٩١٠ من خلال تجربته الشهيرة بقطرة الزيت، حيث استبدل الماء (الذي كان يتبخر بسرعة كبيرة) بالزيت.

ابتكر ياروسلاف هيروفسكي ، الحائز على جائزة نوبل، حلاً مبتكراً يلغي الحاجة إلى عملية الوزن المرهقة التي كانت تتطلبها التقنيات التحليلية السابقة، والتي كانت تعتمد على الترسيب التفاضلي للزئبق عن طريق قياس زمن التقطير. في الطريقة السابقة، كان يتم تطبيق جهد كهربائي على قطب الزئبق المتساقط، بينما يُغمر قطب مرجعي في محلول الاختبار. بعد جمع 50 قطرة من الزئبق، تُجفف وتُوزن. ثم يُغير الجهد الكهربائي المطبق وتُكرر التجربة. يُرسم الوزن المقاس مقابل الجهد الكهربائي المطبق للحصول على المنحنى. في عام 1921، خطرت لهيروفسكي فكرة قياس التيار المتدفق عبر الخلية بدلاً من مجرد دراسة زمن التقطير.

في العاشر من فبراير عام ١٩٢٢، وُلد جهاز " البولاروغراف " عندما سجّل هيروفسكي منحنى التيار-الجهد لمحلول هيدروكسيد الصوديوم بتركيز ١ مول/لتر . فسّر هيروفسكي الزيادة في التيار بين -١.٩ و-٢.٠ فولت بشكل صحيح على أنها ناتجة عن ترسب أيونات الصوديوم ^، مُشكّلةً ملغمًا. بعد ذلك بوقت قصير، قام مع زميله الياباني ماسوزو شيكاتا بتصميم أول جهاز للتسجيل التلقائي لمنحنيات البولاروغراف، والذي اشتهر عالميًا فيما بعد باسم البولاروغراف.

في عام 1923، نشر يوهانس نيكولاس برونستد وتوماس مارتن لوري نفس النظرية تقريبًا حول كيفية تصرف الأحماض والقواعد باستخدام أساس كهروكيميائي.

تأسست الجمعية الدولية للكيمياء الكهربائية (ISE) عام 1949، وبعد سنوات، وتحديدًا عام 1937، طُوِّر أول جهاز متطور للرحلان الكهربائي على يد آرني تيسيليوس ، الذي نال جائزة نوبل عام 1948 لإسهاماته في مجال الرحلان الكهربائي للبروتينات . وقد طوّر تيسيليوس تقنية "الحدود المتحركة"، التي عُرفت لاحقًا باسم الرحلان الكهربائي النطاقي ، واستخدمها لفصل بروتينات المصل في المحلول. وشهد الرحلان الكهربائي تطورًا واسعًا في أربعينيات وخمسينيات القرن العشرين، حيث طُبِّقت هذه التقنية على جزيئات تتراوح بين أكبر البروتينات والأحماض الأمينية وحتى الأيونات غير العضوية.

خلال الستينيات والسبعينيات من القرن العشرين، قام ريفاز دوجونادزه وتلاميذه بتطوير الكيمياء الكهربائية الكمية .

• الكيمياء الكهربائية
• تاريخ البطارية
• كاربن بايل

• "استخدام الأطباء للكهرباء في الطب" . كتاب تي. غيل، الكهرباء أو النار الأثيرية، قيد الدراسة، 1802. تم الاطلاع عليه بتاريخ 10 مارس 2008 .
• Corrosion-Doctors.org
• يُعدّ كتاب "الكيمياء الكهربائية: تاريخها ونظريتها" للمؤلف الحائز على جائزة نوبل في الكيمياء عام 1909، فيلهلم أوستوالد، مرجعًا كلاسيكيًا قيّمًا -وإن كان قديمًا- حول تاريخ الكيمياء الكهربائية. ( https://archive.org/details/elektrochemieih00ostwgoog ). تتوفر نسخة إنجليزية منه بعنوان "الكيمياء الكهربائية: التاريخ والنظرية" (مجلدان)، من ترجمة NP Date. وقد نُشر لصالح مؤسسة سميثسونيان والمؤسسة الوطنية للعلوم في واشنطن العاصمة، بواسطة دار نشر أميريند، نيودلهي، عام 1980.