物理化学之第8章电解质溶液引言——学习笔记（1）

电化学

电化学主要是研究电能和化学能之间的互相转化以及转化过程中相关规律的科学。能量的转变需要一定的条件（即要提供一定的装置和介质）。

例如，化学能转变成电能必须通过原电池（primary cell〉来完成，电能转变成化学能则要借助于电解池（electrolytic cell）来完成。无论是电池还是电解池，都需要知道 电极（electrode）和相应的电解质溶液（electrolytic solution ）中所发生的变化及 其机理。

电化学的发展历史

在1600年，Gilbert（吉尔伯特，Sir William Gilben，1544—1603）观察到用毛皮擦过的琥珀具有吸引其他轻微物体的能力，就用“electric”（希腊语，意即“琥珀”）这个字来描述这种行为。

1799年,Volta（伏打，Alessandro Volta，1745—1827，意大利物理学 家）从银片、锌片交替的叠堆中成功地产生了可见火花，才提供了用直流电源进 行广泛研究的可能性。

1807年，Davy（戴维，H. Davy，1778—1829，英国化学家） 用电解成功地从钠、钾的氢氧化物中分离出了金属钠和钾。

1833年Faraday（法拉第，Michael Faraday，1791—1867,英国物理学家和化学家）根据多次实验结果 归纳出了著名的Faraday定律，为电化学的定量研究和以后的电解工业奠定了理 论基础。

直到1870年以后，人们发明了发电机，电解才被广泛地应用于工业中。

1893年，Nemst （能斯特，1864—1941，德国化学家和物理学家）根据热力学 的理论提出了可逆电池电动势的计算公式，即Nernst方程，表示电池的电动势 与参与电池反应的各种物质的性质、浓度以及外在条件（温度、压力等）的关系， 为电化学的平衡理论的发展作出了突出的贡献。

1923年，Debye（德拜，1884—1966,物理化学家，原籍荷兰，1946年加人美 国籍〉与Hiickel （休克尔，生于1896年，德国物理化学家）提出了强电解质溶液中的离子互吸理论，推动了电化学理论的进一步发展。

1905年，TafeK塔菲尔 开始注意到电极反应的不可逆现象，提出了一个半经验的Tafel公式，用以描述电流密度和氢超电势之间的关系。

在20世纪40年代，前苏联学者弗鲁姆金以 电极反应速率及其影响因素为主要研究对象，而逐步形成了电极反应动力学。在电极上发生氧化或还原反应时，电子的跃迁距离小于1 nm，显然，利用固 体物理的理论和量子力学的方法研究电极和溶液界面上所进行反应的机理，更 能反映出问题的实质。这是研究在界面上进行电化学反应的一个崭新的领域， 被称为董子电化学。

生产上的需要推动着电化学的发展，电化学工业在今天已成为国民经济中 的重要组成部分。许多有色金属以及稀有金属的冶炼和精炼都采用电解的方 法。利用电解的方法可以制备许多奉本的化工产品纟如氣氧化钠、氣气、氣酸钾、 过氧化氢以及一些有机化合物等，在化工生产中也广泛采用电催化和电合成反 应。材料科学在当今新技术开发中占有极其重要的位置，用电化学方法可以生 产各种金属复合结构材料或表层具有特殊功能的材料。

电镀工业与机械工业、电子工业和人们日常生活都有密切的关系，绝大部分 机械的零部件、电子工业中的各种器件都要镀上很薄的金属镀层，从而起到装 饰、防腐、增强抗磨能力和便于焊接等作用。此外，工业上发展很快的电解加工、 电铸、电抛光、铝的氧化保护、电着色以及电泳喷漆法等等也都是采用电化学 方法。

化学电源是电化学在工业上应用的另一个重要方面，锌锰干电池、铅酸蓄电 池等以其稳定又便于移动等特点在日常生活和汽车工业等方面已起到了重要作 用，随着尖端科技如火箭、宇宙飞船、半导体、集成电路、大规模集成电路、计算机 和移动通讯等技术的迅速发展，对化学电源也提出了新的要求，故而能连续工作 的燃料电池，各种体积小、质量轻，既安全又便于存放的新型高能电池、微电池如 锂离子电池，不断地被研制、开发，使得它们在照明、宇航、通讯、生化、医学等方 面得到了越来越广泛的应用。. ^

电化学与生物学和医学之间有密切的联系。生物体内的细胞膜便具有电化 学电极的作用，生物体内有双电层和电势差存在，从而通过神经传递信息。心电 图、脑电图等都与电化学有关。微电极作为电化学传感器在生物学研究及医学 诊断中起着十分重要的作用。

电化学的学习

①电解质溶液理论＜如离子互吸、离子水合、离 子缔合、电导理论、解离平衡等）

②电化学平衡（如可逆电池、电极电势、电动势 以及可逆电池电动势与热力学函数之间的关系等）

③电极过程动力学（如从动 力学的角度阐明电极上所发生的反应

④实用电化学