⑴ 電化學方法原理和應用
電化學(Electrochemistry)是研究電和化學反應相互關系的科學,即研究兩類導體形成的帶電界面現象及其上所發生的變化的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成,也可利用高壓靜電放電來實現(如氧通過無聲放電管轉變為臭氧),二者統稱電化學,後者為電化學的一個分支,稱放電化學。由於放電化學有了專門的名稱,因而,電化學往往專門指「電池的科學」。 電化學如今已形成了合成電化學、量子電化學、半導體電化學、有機導體電化學、光譜電化學、生物電化學等多個分支。電化學在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫學、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環境科學等科技領域獲得了廣泛的應用。電化學是研究電和化學反應相互關系的科學。
在物理化學眾多分支中,電化學是唯一以大工業為基礎的學科。其應用分為以下幾個方面:①電解工業:其中氯鹼工業是僅次於合成氨和硫酸的無機物基礎工業、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的;鋁、鈉等輕金屬的冶煉,銅、鋅等的精煉也都用的是電解法;②機械工業:要用電鍍、電拋光、電泳塗漆等來完成部件的表面精整;③環境保護:用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物;④化學電源;⑤金屬防腐蝕:大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題;⑥許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理;⑦應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法,已成為實驗室和工業監控不可缺少的手段。現在電化學熱點問題多,如電化學工業、電化學感測器、金屬腐蝕、生物電化學、化學電源等。
一、電化學兩種原理
原電池是將化學能轉變成電能的裝置。根據定義,普通的干電池、燃料電池等都可以稱為原電池。原電池,與蓄電池相對,又稱非蓄電池,是利用兩個電極之間金屬性的不同,產生電勢差,從而使電子流動,產生電流,是電化電池的一種,其電化反應不能逆轉,只能將化學能轉換為電能,簡單來講就是不能重新儲存電力。原電池工作原理:原電池是將一個能自發進行的氧化還原反應的氧化反應和還原反應分別在原電池的負極和正極上發生,從而在外電路中產生電流。
電解池是將電能轉化為化學能的裝置。電解是使電流通過電解質溶液(或熔融的電解質)而在陰、陽兩極引起氧化還原反應的過程。
二、電化學的發展
電學最早起源於靜電起電,1791年伽伐尼發表了金屬能使蛙腿肌肉抽縮的「動物電」現象,一般認為這是電化學起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基礎上發明了用不同的金屬片夾濕紙組成的「電堆」,即現今所謂「伏打堆」,這是化學電源的雛型。在直流電機發明以前,各種化學電源是唯一能提供恆穩電流的電源。1834年法拉第電解定律的發現為電化學奠定了定量基礎。
19世紀下半葉,赫爾姆霍茲和吉布斯的工作,賦於電池的「起電力」(今稱「電動勢」)以明確的熱力學含義;1889年能斯特用熱力學導出了參與電極反應的物質濃度與電極電勢的關系,即著名的能斯脫公式;1923年德拜和休克爾提出了人們普遍接受的強電解質稀溶液靜電理論,大大促進了電化學在理論探討和實驗方法方面的發展。
20世紀40年代以後,電化學暫態技術的應用和發展、電化學方法與光學和表面技術的聯用,使人們可以研究快速和復雜的電極反應,可提供電極界面上分子的信息。電化學一直是物理化學中比較活躍的分支學科,它的發展與固體物理、催化、生命科學等學科的發展相互促進、相互滲透。
三、電化學研究內容
電池由兩個電極和電極之間的電解質構成,因而電化學的研究內容應包括兩個方面:一是電解質的研究,即電解質學,其中包括電解質的導電性質、離子的傳輸性質、參與反應離子的平衡性質等,其中電解質溶液的物理化學研究常稱作電解質溶液理論;另一方面是電極的研究,即電極學,其中包括電極的平衡性質和通電後的極化性質,也就是電極和電解質界面上的電化學行為。電解質學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質結構。
四、電化學分析方法
電化學分析法(electrochemical analysis)也稱電分析化學法,是基於物質在溶液中的電化學性質基礎上的一類儀器分析方法,由德國化學家C.溫克勒爾在19世紀首先引入分析領域,儀器分析法始於1922年捷克化學家 J.海洛夫斯基建立極譜法。通常將試液作為化學電池的一個組成部分,根據該電池的某種電參數(如電阻、電導、電位、電流、電量或電流-電壓曲線等)與被測物質的濃度之間存在一定的關系而進行測定的方法。
電分析化學是利用物質的電學和電化學性質進行表徵和測量的科學,它是電化學和分析化學學科的重要組成部分,與其它學科,如物理學、電子學、計算機科學、材料科學以及生物學等有著密切的關系。電分析化學已經建立了比較完整的理論體系。電分析化學既是現代分析化學的一個重要分支,又是一門表面科學,在研究表面現象和相界面過程中發揮著越來越重要的作用。
電化學分析法是應用電化學原理和技術,利用化學電池內被分析溶液的組成及含量與其電化學性質的關系而建立起來的一類分析方法,其操作方便。許多電化學分析法既可定性,又可定量;既能分析有機物,又能分析無機物,並且許多方法便於自動化,在生產等各個領域有著廣泛的應用。
⑵ 電化學有哪些應用領域
電化學的應用領域:
1、電解工業,其中的氯鹼工業是僅次於合成氨和硫酸的無機物基礎工業、耐綸66的中間單體己二腈是通過電解合成的;鋁、鈉等輕金屬的冶煉,銅、鋅等的精煉也都用的是電解法;
2、機械工業要用電鍍、電拋光、電泳塗漆等來完成部件的表面精整;
3、環境保護可用電滲析的方法除去氰離子、鉻離子等污染物;
4、化學電源;
5、金屬的防腐蝕問題,大部分金屬腐蝕是電化學腐蝕問題;
6、許多生命現象如肌肉運動、神經的信息傳遞都涉及到電化學機理;
7、應用電化學原理發展起來的各種電化學分析法已成為實驗室和工業監控的不可缺少的手段。
電化學(electrochemistry)作為化學的分支之一,是研究兩類導體(電子導體,如金屬或半導體,以及離子導體,如電解質溶液)形成的接界面上所發生的帶電及電子轉移變化的科學。傳統觀念認為電化學主要研究電能和化學能之間的相互轉換,如電解和原電池。但電化學並不局限於電能出現的化學反應,也包含其它物理化學過程,如金屬的電化學腐蝕,以及電解質溶液中的金屬置換反應。
利用電化學手段分離溶液中的金屬離子、有機分子的方法,共分四類:
1、控制電位的電解分離法
當溶液中存在兩種或兩種以上的金屬離子時,如果它們的還原電位相近,□例如Cu□(標准電極電位□□=+0.345伏)和Bi□(□□=0.2伏),則在電解時都會還原析出,達不到分離的目的。圖1兩種金屬離子A和B的分解電位表示,如果控制陰極電位為□,則金屬離子A可產生強度為□的電流,即可被還原;而金屬離子B的電流強度極小,即幾乎不能被還原,這樣即可達到分離目的,並分別測定A和B。在電解過程中,陰極電位□□□是在不斷變化的,□□=□式中□□為標准電極電位;□□為氣體常數;□為熱力學溫度;□為電極過程電子轉移數;□為法拉第常數;□為離子活度;□□為陰極超電壓。電解時,離子濃度不斷降低,□□的負值不斷增加,以致B也被電解出來。為了控制陰極電位,要用圖2控制電位的線路的線路隨時調整外加電壓。,e□是鉑絲對電極,e□是參比電極(飽和甘汞電極)。選定的e□的電位(相對於e□)可從電位計V讀出,電解電流從毫安計A讀出,在電解過程中不斷調整電阻□以保持陰極電位不變。
至於選擇什麼電位要看實驗條件,例如在分別測定Cu□和Bi□時,由於兩者電位太相近,需要在溶液中加入酒石酸,調節pH=5.8~6.0,Bi□與酒石酸生成的絡合物比Cu□的穩定得多,使兩者的分解電壓相差得大一些,然後再加入適量的肼,以加速Cu□的還原。在這種條件下,控制陰極電位為-0.30伏,銅先電解出來,稱出陰極的增重後,調節pH為4.5~5.5,控制陰極電位為-0.40伏,可將鉍全部電解出來。如果溶液中還有Pb□,可將電位控制在-0.50伏,進行電解。應用此法時,後被電解的離子的濃度不能超過先被電解的離子的濃度。
2、汞陰極電解分離法
H□在汞陰極上被還原時,有很大的超電壓,所以在酸性溶液中可以分離掉一些容易被還原的金屬離子,使一些重金屬(如銅、鉛、鎘、鋅)沉積在汞陰極上,形成汞齊,同時保留少量不容易被還原的離子,如鹼金屬、鹼土金屬、鋁、鐵、鎳、鉻、鈦、釩、鎢、硅等。
3、內電解分離法
在酸性溶液中,利用金屬氧化-還原電位的不同,可以組成一個內電解池,即不需要外加電壓就可以進行電解。例如要從大量鉛中分離微量銅,在硫酸溶液中Cu□比Pb□先還原,因此可將鉛板作為一個電極,與鉑電極相連,組成一個內電解池,它產生一個自發的電動勢,來源於Pb的氧化和Cu□的還原。這個電動勢使反應能夠進行,直到電流趨近於零時,內電解池就不再作用了。內電解可以分離出微量的容易還原的金屬離子,缺點是電解進行緩慢,因此應用不廣。
4、電滲析法
液體中的離子或荷電質點能在電場的影響下遷移。由於離子的性質不同,遷移的速率也不同,正負電荷移動的方向也不同。當在電池的兩極加上一個直流電壓時,可以把一些有機物的混合物分離。如臨床實驗中常用此法研究蛋白質,將試樣放在一個載器上,外加電場後,荷電質點沿著載器向電荷相反的電極遷移,因它們移動的速率不同而分離,一般能把血清蛋白分成五部分。改進實驗技術可使濃縮斑點的寬度達到25微米左右,然後進行電滲析,可將血清蛋白分成二十個很清晰的部分。
⑶ 電化學是什麼專業
電化學是研究兩類導體形成的帶電界面現象及其上所發生的變化的科學。電和化學反應相互作用可通過電池來完成,也可利用高壓靜電放電來實現(如氧通過無聲放電管轉變為臭氧),二者統稱電化學,後者為電化學的一個分支,稱放電化學。那麼網友們知道電化學是什麼專業嗎?
1、 無機化學。元素化學、無機合成化學、無機高分子化學、無機固體化學、配位化學(即絡合物化學)、同位素化學、生物無機化學、金屬有機化學、金屬酶化學等。
2、 有機化學。普通有機化學、有機合成化學、金屬和非金屬有機化學、物理有機化學、生物有機化學、有機分析化學。
3、 物理化學。結構化學、熱化學、化學熱力學、化學動力學、電化學、溶液理論、界面化學、膠體化學、量子化學、催化作用及其理論等。
4、 分析化學。化學分析、儀器和新技術分析。包括性能測定、監控、各種光譜和光化學分析、各種電化學分析方法、質譜分析法、各種電鏡、成像和形貌分析方法,在線分析、活性分析、實時分析等,各種物理化學性能和生理活性的檢測方法,萃取、離子交換、色譜、質譜等分離方法,分離分析聯用、合成分離分析三聯用等。
5、 高分子化學。天然高分子化學、高分子合成化學、高分子物理化學、高聚物應用、高分子物理。
6、 核化學。放射性元素化學、放射分析化學、輻射化學、同位素化學、核化學。
7、 生物化學。一般生物化學、酶類、微生物化學、植物化學、免疫化學、發酵和生物工程、食品化學、煤化學等。
8、 其它與化學有關的邊緣學科還有:地球化學、海洋化學、大氣化學、環境化學、宇宙化學、星際化學等。
以上就是對於電化學是什麼專業的全部內容。
⑷ 電化學研究內容和原理
原理就是氧化還原反應,得失電子,當電子定向移動就可以產生電流
電化學是研究電和化學反應相互關系的科學.電和化學反應相互作用可通過電池來完成,也可利用高壓靜電放電來實現(如氧通過無聲放電管轉變為臭氧),二者統稱電化學,後者為電化學的一個分支,稱放電化學.由於放電化學有了專門的名稱,因而,電化學往往專門指「電池的科學「
電化學是研究兩類導體形成的帶電界面現象及其上所發生的變化的科學.如今已形成了合成電化學、量子電化學、半導體電化學、有機導體電化學、光譜電化學、生物電化學等多個分支.電化學在化工、冶金、機械、電子、航空、航天、輕工、儀表、醫學、材料、能源、金屬腐蝕與防護、環境科學等科技領域獲得了廣泛的應用.當前世界上十分關注的研究課題,如能源、材料、環境保護、生命科學等等都與電化學以各種各樣的方式關聯在一起.
電化學(Electrochemistry),電池由兩個電極和電極之間的電解質構成,因而電化學的研究內容應包括兩個方面:一是電解質的研原電池和電解池的比較究,即電解質學,其中包括電解質的導電性質、離子的傳輸性質、參與反應離子的平衡性質等,其中電解質溶液的物理化學研究常稱作電解質溶液理論;另一方面是電極的研究,即電極學,其中包括電極的平衡性質和通電後的極化性質,也就是電極和電解質界面上的電化學行為.電解質學和電極學的研究都會涉及到化學熱力學、化學動力學和物質結構.
⑸ 電化學熱力學包括哪些方面
電化學指的是,研究兩類導體界面現象的化學
電化學熱力學研究的是平衡電位,也就是電流為0,主要就是能斯特方程
電化學的動力學主要研究的是過電位,也就是當電極的電流不是0時,電極電位偏離平衡電極電位的情況,研究過電位與電流密度的關系