文档介绍：现代电化学
材料科学与化学工程学院
王贵领
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参考资料
电极过程动力学导论(第三版),查全性,2002
电化学原理(修订版)或(第三版)李荻
:原理和应用(第二版):巴德等,2005
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第1章:电化学基础
什么是电化学
电化学是研究化学能和电能之间相互转化以及相关的
定律和规则的科学。
电化学是研究离子导体的物理化学性质以及电子导体
(金属、半导体)和离子导体(电解质溶液、熔盐、固
体电解质)之间的界面上所发生的各种伴有电现象的反
应过程的科学。
电化学
经典电化学—电解质溶液理论
现代电化学—电子/离子导体界面效应
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电化学的产生
1、1600年,Gilbert发现摩擦起电。
2、1791年,Galvani发现电堆起电现象。
3、1799年,Volta制成“伏特电堆”。
4、1800年,尼科尔森和卡里斯尔电解了水。
5、1807年,Davy电解了熔融的NaOH和KOH。
6、1833年,Farady提出“法拉第定律”。……
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电化学科学的奇特历史
1、早期的四大电化学事件
① 1791 年伽伐尼(Luigi Galvani)的青蛙电击实验
结论:在生物学与电化学的偶然事件中有着一种“深奥的联系”
② 1834 年法拉第(Michael Faraday)发表的电解定律:通过一定量的电荷就会沉积出一定量的物质。
m = Q/nF M
③ 1839 年格罗夫(William Grove) 燃料电池
认识到能量转化的重要由于污染、烟雾的苦恼 1897 年杰克(Jacques)在Harper 杂志上谈使用燃料电池作船舶动力的设计,燃料消耗比燃煤少得多。
④ 1905 年塔菲尔(Julius Tafle) 实验经验
塔菲尔公式η= a + b lg i i = Aexp(Bη/ RT)
告诉我们为了得到一定电流密度,电极电位自其没有电流通过时的平衡值算起要作多少改变。
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2、为什么电化学没有得到进一步发展
①热力学的发展是十九世纪的伟大成就之一,占据了统治地位,能斯特方程只适应于平衡热力学的情况,而当有电流通过时,则会遭到失败。
②社会发展的重要因素
能斯特指导转向用内燃机作为能量转换工具污染历史潮流
③科学研究:走热力学的老路,即把不可逆过程当成可逆过程来处理是比较容易的,但在溶液中要作出适当的动力学处理被认为是非常难的。
④电化学局面的改观
俄国较少受能斯特方程的影响。1950 年弗鲁姆金的领导下开始考虑电化学动力学上的问题,并在此基础上,开展了广泛的动力学研究。
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电化学的应用
电化学是一门具有广泛应用领域的重要交叉学科,在解决能源、材料、生命以及环境等重大问题上发挥着重要的作用。
电解冶金(提取Al、Mg,精炼Cu)
化学电源(电池、燃料电池)
金属腐蚀与防护(牺牲阳极Mg保护铁管)
无机与有机电合成(***碱工业)
电化学表面处理(电镀、抛光)
环境保护电化学(废水处理)
电化学在生物和医学(治疗和诊断)
电化学分析(传感器)
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手机、计算器、手提电脑、照相机、摄像机等的电池,汽车的蓄电池,燃料电池-化学电源,利用电化学原理制备的电化学品
电
身边的电化学
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煤气(CO)报警器,交警检测司机喝酒量的检测
器,糖尿病人监测血液中葡萄糖含量的检测仪-电
化学传感器
钢铁厂、纺织厂、化工厂、制药厂以及矿山
等排放废水中***、***的处理;生活污水,造纸
厂、印染厂、食品及酿酒厂废水中有机耗氧物的
处理,医院污水中病菌、病毒和寄生虫卵等致病
微生物的处理-环境电化学
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问题:神州六号,嫦娥登月飞船、舰船潜艇中用到哪些
电化学知识?
脑电图、心电图等诊断技术;治疗尿毒症的人工肾
脏,电化学治癌,电化学控制药物释放-电化学在医
学上的应用
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