應用電化學 科學出版社 第一章 諸論

應用電化學

第一章諸論應用化學教研室12畢業(yè)實習掠影3鉛酸電池制備工藝4什么是電化學1應用電化學涉及的領域2本課程學習要求3主要內(nèi)容緒論古老的定義：電化學是化學的一部分，是研究物質(zhì)化學性質(zhì)或化學反應與電的關系的科學。

JohnO’MBockris則把電化學體系分成電子相（electrodics）和離子相（ionics）從而將電化學定義為：電化學就是研究帶電界面上所發(fā)生現(xiàn)象的科學。當代電化學已經(jīng)成為邊緣學科(interdisciplinary)，向不同的研究領域滲透，形成了量子電化學，光電化學，生物電化學，分子電化學及有機電化學等新的研究方向，在有關學科占重要地位。什么是電化學？6廣義的來說電化學可以指控制離子、電子、量子、導體、半導體、介電體的界面及本體溶液中荷電粒子的存在和移動的科學技術電化學的定義原電池電解池電化學電化學工業(yè)電化學工程電化學理論電化學工業(yè)與其它工業(yè)相關聯(lián)近代電化學的發(fā)展1791年Galvani發(fā)現(xiàn)生物電現(xiàn)象1800年Volta發(fā)明電池Cu|H2SO4|Zn1800年Nicholson、Carlisle利用Volta電池進行了水的電解1833年Faraday提出FaradaicLaw1836年Diannill電池，Cu|CuSO4||ZnSO4|Zn最初的實用電池，電化學工業(yè)誕生（電解、金屬精煉）1887年Arrhenius電離理論1923年Debye-Hückel強電解質(zhì)理論……1979年Heeger、MacDiarmid、白川英樹導電性聚合物的發(fā)現(xiàn)2001年上述三人獲2000年度Nobel化學獎電化學工業(yè)概況（2）金屬的提取和精煉

主要熔鹽電解產(chǎn)品：Al,Na,K,Mg,Li,濕法電冶金產(chǎn)品：Cu,Zn,Pb,Ni,Co,Sn,Ag,Au等。

電化學工業(yè)已經(jīng)為現(xiàn)代社會提供大量的物質(zhì)產(chǎn)品，在國民經(jīng)濟中占重要地位電化學工業(yè)大致可分為如下部分：

（1）化學品合成無機產(chǎn)品：Cl2,NaOH,H2,F2,KMnO4,K2Cr2O7等強氧化劑；有機產(chǎn)品：己二腈，鄰苯二甲酸，葡萄糖酸等。（3）化學電源

常見的有鉛酸電池、鎳鎘電池，錳鋅電池，此外有鋅、空氣電池、銀鋅電池，常溫鋰電池，鈉硫電池和氫－氧燃料電池等。（4）表面精飾

包括電鍍、陽極氧化和電泳涂漆等。鍍層品種有單金屬如Zn，Sn等，二元合金Cu-Zn,Cu-Sn,Pb-Sn等合金以及含WC等固體的復合材料。陽極氧化處理的金屬主要是Al，此外有Ti,Cu和鋼。（5)金屬加工包括電成型(電鑄)、電切削和電拋光，這些技術用于制造傳統(tǒng)機械方法無法加工的金屬構件。陽極：Zn=Zn2++2e-陰極：Zn2++2e-=Zn[Zn(OH)4]2-=4OH-+Zn2+總反應：Zn=Zn陽極陰極②陽極氧化①電鍍陽極陰極陽極：2Al+3H2O=Al2O3+6H++6e-

陰極：6H2O+6e-=3H2+6OH-總反應：2Al+3H2O=Al2O3+3H2③電化學合成—如烯烴氯化陽極：RHC=CHR’+2Cl-=RHC-CHR’+2e-陰極：Cl2+2e-=2Cl-ClClCl2Cl-Cl2④電刷鍍

電刷鍍可對工件進行修補。鍍筆的棉花包套部分與工件接觸，使電鍍液刷于工件表面，將金屬鍍到工件上。⑤電化學拋光

工件作為陽極，通電時，發(fā)生選擇性溶解。凸處溶解速率將大于凹處，從而起到平整工件表面的作用。金屬工件粘性薄膜電解拋光液⑥電解加工工件作陽極，模件(工具)作陰極。根據(jù)電流分布不均勻性，隨著溶解進行，將工件加工成與模件的工作表面完全吻合。泵電解液陰極(模具)陽極(工件)

近20年來，電化學在高新技術領域，如新能源、新材料、微電子技術、生物化學等方面扮演了重要角色。與此同時，由于電化學理論與方法的發(fā)展，在其它學科邊緣地域形成了熔鹽電化學、半導體電化學、催化電化學、腐蝕電化學、生物電化學等新興學科。電化學的應用已經(jīng)遠遠超出化學領域，在國民經(jīng)濟很多部門發(fā)揮了巨大作用。電化學發(fā)展趨勢(1)腐蝕電化學

簡單說來，就是以腐蝕金屬電極為研究對象的電化學。腐蝕金屬電極具有一些特點，如：在沒有外電流的自然電位（腐蝕電位）下，腐蝕金屬電極表面上有兩個或更多個電極反應同時進行，腐蝕電位是兩個或多個電極反應相耦合的非平衡電位。陽極區(qū)（負極）陰極區(qū)（正極）IMn+DD·ne-ne-ne-電解質(zhì)氧化性物質(zhì)-“去極化劑”金屬基體電位低電位高(2)熔鹽電化學

主要研究包括熔鹽物理化學性質(zhì)、熔鹽電解、熔鹽電池、熔鹽電鍍、金屬在熔融鹽中的溶解等基本概念和理論；并能理論與應用相結(jié)合，掌握國內(nèi)外在熔鹽電化學方面的最新研究成就。17(3)半導體電化學半導體電化學則研究半導體即電子和空穴兩種載流子的電極體系以及在此體系中電能和化學能的相互轉(zhuǎn)換。它是電化學的一個新興研究領域。(4)環(huán)境電化學

環(huán)境電化學是聯(lián)系電化學與環(huán)境科學的基礎，闡述環(huán)境電化學防治污染的原理、方法，討論采用水合離子和氫氧自由基等電化學凈化劑處理環(huán)境有機物、無機物以及微生物污染物的作用機理及其特點。探討污染物防治的電化學與光電化學方法，包括采用電滲析、電絮凝、電化學修復和光電氧化等。(5)生物電化學生物電化學是20世紀70年代由電生物學?生物物理學?生物化學以及電化學等多門學科交叉形成的一門獨立的學科?生物電的起因可歸結(jié)為細胞膜內(nèi)外兩側(cè)的電勢差?人和動物的代謝作用以及各種生理現(xiàn)象,處處都有電流和電勢的變化產(chǎn)生?人或其它動物的肌肉運動?大腦的信息傳遞以及細胞膜的結(jié)構與功能機制等無不涉及電化學過程的作用?（6）電化學傳感器20212006年上海應用物理所研制出新型電化學DNA納米生物傳感器：其特色是通過對電極界面納米尺度的精細調(diào)控，同時引入金納米粒子進行電化學信號放大，從而顯著提高了DNA檢測的靈敏度。該生物傳感器可在1－2小時內(nèi)快速檢測到約2萬多個DNA分子22國際電化學學會的專業(yè)分會(1)基礎界面電化學(2)電極和電解材料(3)分析電化學(4)分子電化學(5)電化學能量轉(zhuǎn)換(6)腐蝕、電沉積和表面處理(7)工業(yè)電化學和電化學工藝學(8)生物電化學23美國電化學學會的專業(yè)分會(1)電池(2)腐蝕(3)介電體科學和技術(4)沉積(5)電子學(6)能源技術(7)高溫材料(8)工業(yè)電解和電化學工藝(9)熒光和顯示材料(10)有機生物電