第一章 绪论 2012电化学课件（山东大学）

第一章绪论1.1什么是电化学1.2电化学涉及的领域1.3本课程的学习要求1.1什么是电化学1.1.1电化学的定义A.狭义研究电能与化学能相互转化及转化过程规律的科学。研究带电界面上所发生现象的科学。研究物质的化学性质或化学反应与电的关系的科学。电化学是研究电与化学变化之间的关系，即立足于物质与电流的磁、电、化学作用。研究电化学平衡（热力学范畴）与电化学反应速度（动力学范畴）的科学。研究载流子（电子、离子、空穴）在电化学体系（特别是在离子导体和电子导体的相界面及其临界区域）中的传输和反应规律的科学。1.1WhatisElectrochemistry?1.1.1ConceptThesciencetostudytherelationsbetweenchemicalreactionenergyandelectrochemicalenergyandtheirrelationsThesciencetostudythephenomenonoccuratelectronphaseSciencetostudytherelationbetweenelectric(electron)andmaterialcschemicalpropertiesandreactions

Sciencetostudytherelationbetweenelectric(electron)andchemicalreaction

SciencetostudyElectrochemicalequilibrium（thermodynamic）&electrochemicalreactionrate（kinetics）1.1什么是电化学B.广义所谓电化学即是化学的一部分，是研究物质或化学反应与电的关系的科学。电化学就是研究带电界面上所发生现象的科学。JohnO’MBockris1.1WhatisElectrochemistry?Electrochemistryisabranchofchemistrythatstudieschemicalreactionwhichtakeplaceinasolutionattheinterfaceofanelectronconductor(ametalorasemiconductor)andanionicconductor(theelectrolyte),andwhichinvolveelectrontransferbetweentheelectrodeandtheelectrolyteorspeciesinsolution.JohnO’MBockris1.1什么是电化学1.1.2电化学的发展电化学热力学研究平衡状态下的电化学体系，涉及的主要问题是化学能与电能之间的转换规律。电化学动力学电极过程动力学研究电化学反应速度与反应机理，在20世纪4050年代发展起来。现代电化学从宏观概念上升到微观结构与微观动力学的概念，20世纪60后开始出现，如量子电化学、微区电化学等。1.1什么是电化学1.1.2电化学的发展电化学应用研究随着电化学的发展，电池、电解工业应运而生，反过来诞生了应用电化学。电化学与其它学科的交叉、融合

如电解质电化学、半导体电化学、生物电化学、材料电化学、纳米电化学、腐蚀电化学、环境电化学等。1791～1792年，L.伽伐尼、A.伏打用不同金属夹湿纸组成电堆，并提出起电力和电池名称，这是化学电源的开端。1807年，H.戴维用电解方法成功地从钠、钾、氢氧化物溶液中制备出金属钠、钾。1833年，M.法拉第提出法拉第电解定律，为电化学定量研究奠定了理论基础。1887年，S.A.阿伦尼乌斯提出电解质溶液的电离学说，揭示了电解质溶液的本质。19世纪下半叶，H.von亥姆霍兹和J.W.吉布斯给起电力

（今称电动势）以严格明确的热力学定义。1889

年，W.H.能斯特用热力学导出电池电动势与参与反应各组分浓度关系的能斯特公式，该式为电化学重要理论之一。

1923

年，P.德拜和E.休克尔提出强电质稀溶液离子互吸理论，促进了电化学在理论探讨和实验方法的发展。1920年前后，F.哈伯研究了电解的过电位问题，为实用电化学和电极极化提出了重要信息。电化学发展史上的重要事件（引自参考书）1791，L.Galvani,A.Volta:Battery1807，H.Davy:IsolatedNa&KmetalfrommoltenNaClandKCl1833，M.Farady:LawofElectrolysis1887，S.A.Arrhenius:Electrolytes

1889，W.H.Nernst:NernstEquation

1923，P.Debye&EHuckel:Debye–Hückeltheory1924,Heyrovský:Polargraph1936,A.Tiselius:Electrophoresis.

Milestoneofelectrochemistry1.1.3电化学的研究领域电化学热力学是一门重要的边缘学科，它与固体物理学、生物学、医学、电子学以及化学领域的其它学科有着密切的联系，各学科的交叉和融合产生了许多分支学科：如电分析化学、有机电化学、电催化、熔盐电化学、固体电解质电化学、量子电化学、半导体电化学、腐蚀电化学、生物电化学、电化学传感器等等。

1.1.4国际电化学专业分会（1）基础界面电化学；（2）电极与电解材料；（3）电分析化学；（4）分子电化学；（5）电化学的能量转换；（6）腐蚀、电沉积与表面处理；（7）工业电化学与电化学工艺；（8）生物电化学。

电化学领域横跨纯自然科学（理学）和应用自然科学（工程、技术）两大方面，而且各个领域都建立在共同的基础理论电化学之上。1.1.4（1）

AnalyticalElectrochemistry

（2）

EletrochemicalMaterialsScience（3）EletrochemicalEnergyConversion&Storage（4）

Bio-Electrochemistry（5）

EletrochemicalProcessEngineering&technology（6）

MolecularElectrochemistry（7）

PhysicalElectrochemistry

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Pennington,NewJersey08534-2839,USACSwasfoundedin1902asaninternationalnonprofit,educationalorganizationconcernedwithabroadrangeofphenomenarelatingtoelectrochemicalandsolid-statescienceandtechnology.TheElectrochemicalSocietyhasmorethan8,000scientistsandengineersinover70countriesworldwidewhoholdindividualmembership,aswellasroughly100corporationsandlaboratoriesthatholdcorporatemembership.ECS’sobjectivesare:toadvancethetheoryandpracticeofelectrochemistry,solid-statescience,andalliedsubjects;toencourageresearchanddisseminationofknowledgeinthesefields;andtoassuretheavailabilityofadequatetrainingandeducationoffundamentalandappliedscientistsandengineersinthesefields.BornastheAmericanElectrochemicalSocietyin1902,theSociety’snamewaschangedtoTheElectrochemicalSocietyin1930tomoreaccuratelyreflectitsinternationalactivitiesandmembership.ECShasgrownandcontinuedtorespondtothechangingtechnicalneedsandinterestsofitsmembers;andin2000,adoptedtheofficialacronymofECS,toencompasslongtraditionofadvancingthetheoryandpracticeofbothsolid-stateandelectrochemicalscienceandtechnology.ECScontinuestodisseminateinformationthroughindividualmembership,corporatemembership,studentservices,technicaljournals,aquarterlynewsmagazine,books,technicalmeetings,awards;andtoprovidenetworkingcontactsthroughECS’sDivisionsandSections.LearnmoreaboutECShistoryfromtheHistoryCenter.ECSbridgesthegapsamongacademia,research,andengineering—bringingtogetherscientistsfromaroundtheworldfortheexchangeoftechnicalinformation.Thisuniqueblendprovidesanunparalleledforumfortheintegrationoftheseareasofscienceandtechnology.TheECSStaffcanprovidesupporttoyouinlearningmoreaboutECSanditsmanyactivities.1.2电化学涉及的应用领域电化学应用范围很广，远远超出化学领域。电化学的实际应用大致可概括为：

电化学合成有机物和无机物：例如氯气、氢气、氢氧化钾、高锰酸钾、四烷基铅等。金属的提取与精炼：例如熔盐电解制备铝、电解精炼铜、湿法电冶锌等。化学电源：锌锰电池、铅酸电池、锂电池、锂离子电池、镉镍电池、燃料电池、太阳能电池等。金属腐蚀与防护：采取有效措施减缓金属材料的腐蚀，如阳极保护、阴极保护