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第7章电解质溶液§ 电化学绪论
一、电化学定义
电化学是关于电子导电相(金属)与离子导电相(电解质及其溶液)之间的界面上所发生的界面效应(微观),是关于电能与化学能相互转变的科学(宏观)。
对这一概念的涵义,在学了电化学的全部内容后可以有一个较深刻的理解。在日常生活实践中,电化学现象经常遇到。
例:
i) 电解水,阳极O2,阴极H2,(钢瓶氢气的制备) 电能化学
ii) 金属的电化学腐蚀(最主要的金属腐蚀),金属生锈与防锈。
iii)常用的干电池,化学能电能
二、电化学发展回顾
电化学是一门既古老又活跃的学科,已有200多年历史;
回顾电化学发展史上的有贡献的人物和理论:
1799年,意大利人,伏打( Volta) 堆电池”世上最早的电池:
1834年,英国人,“ Faradays Law ”定量化地研究电化学现象,并第一次明确提出了:
“电解质”(electrolyte)
“电极”(electrode)
“阳极”(anode)
“阴极”(cathode)
“阴离子”(anion)
“阳离子”(cation) 等概念
1887年,Arrhenius 弱电解质溶液部分电离理论,引入电离度概念。
1923年,Debye-Hückel 强电解质的静电作用理论,较成功地阐述了电解液的性质。
1889年,Nernst 方程建立,建立了电能-化学能的联系,可用电化学方法测定平衡热力学函数。
1905年,Tafel 公式:= a + b ln i ,定量给出不可逆过程的“过电位”概念。
1922年,捷克人,海洛夫斯基的极谱电化学分析(电化学方法,离子微量分析)电分析方法。
二十世纪前叶,电化学学科发展出现滞缓,其主要原因是用“平衡体系”考虑不可逆的电化学过程,亦即过多依赖于Nernst 方程(用于平衡热力学体系)。
直到1950年代后,电化学中的动力学问题才得到重视。新材料、新体系、新方法的利用,对电化学的发展作用越来越大。
电化学发展趋势
i)向交叉领域发展: 有机电化学、生物电化学、光谱电化学、量子电化学等等。
ii)向微观发展: 从原子、分子水平上研究电化学体系。并进一步向上拓宽至纳米尺度,向下拓宽至单分子(单原子) 水平
纳米电化学的兴起。这可能是解决电化学学科中一些长期未决的基本科学问题的关键。
例如:
随着纳米结构材料的引进,相关的新概念、新理论和新技术大大充实了半导体光电化学研究内容;
而纳米结构半导体材料在太阳能光电转换、光电化学合成等领域有十分巨大的应用潜力。