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电化学的发展与应用

电化学是研究电与化学反应相互关系的学科,从1800年Volta制成第一个化

学电池开始到两个世纪后的今天,电化学涉及的领域已经越来越广阔,如化学电源、

电化学分析、电化学合成、光电化学、电催化、电冶金、电解、电镀等等都属于

电化学范畴。

电化学的研究内容主要包括两个方面：一个是电解质的研究，其中包括电解

质的导电性质、离子的传输性质、参与反应离子的平衡性质等；另一方面是电极

的研究，其中包括电极的平衡性质和通电后的极化性质。

电化学过程是借助电化学池来完成，电化学池可分为两类：原电池和电解池。

原电池是一个能自发进行的分别在原电池的负极和正极上发生氧化反应和还原

反应的装置，从而在外电路中产生电流。电解池是将电能转化为化学能的装置。

电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）而在阴、阳两极引起氧化还原

反应的过程。电解是使电流通过电解质溶液（或熔融的电解质）。

电化学的发展

在1663年，德国物理学家OttovonGuericke创造了第一个发电机，通过在

机器中的摩擦而产生静电。这个发电机将一个巨大的硫球放入玻璃球中，并固定

在一棵轴上制成的。通过摇动曲轴来转动球体，当一个衬垫与转动的球发生摩擦

的时候就会产生静电火花。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。

在17世纪中叶，法国化学家CharlesFranccedil;oisdeCisternayduFay发现

了两种不同的静电，即同种电荷相互排斥而不同种电荷相互吸引。DuFay发布

说说电电由由两两种不同种不同液液体组体组成：成：拉丁语”玻璃“)，或者正电；以以及及

或者负电。这便是电的双液体理论，这个理论被17世纪晚期BenjaminFranklin的

单液体理论所否定。

1781年，查尔斯.奥古斯丁库仑(Charles-AugustindeCoulomb)在试图研究

由英国科学家JosephPriestley提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的

法则。

1791年伽伐尼发表了金属能使蛙腿肌肉抽缩的“动物电”现象，一般认为

这是电化学的起源。1799年伏打在伽伐尼工作的基础上发明了用不同的金属片

夹湿纸组成的“电堆”，即现今所谓“伏打堆”。这是化学电源的雏型。在直流

电机发明以前，各种化学电源是唯一能提供恒稳电流的电源。1834年法拉第电

解定律的发现为电化学奠定了定量基础。

19世纪下半叶，经过赫尔姆霍兹和吉布斯的工作，赋于电池的“起电力”(今

称“电动势”)以明确的热力学含义；1889年能斯特用热力学导出了参与电极反

应的物质浓度与电极电势的关系，即著名的能斯脱公式；1923年德拜和休克尔

提出了人们普遍接受的强电解质稀溶液静电理论，大大促进了电化学在理论探讨

和实验方法方面的发展。

20世纪40年代以后，电化学暂态技术的应用和发展、电化学方法与光学和

表面技术的联用，使人们可以研究快速和复杂的电极反应，可提供电极界面上分

子的信息。电化学一直是物理化学中比较活跃的分支学科，它的发展与固体物理、

催化、生命科学等学科的发展相互促进、相互渗透。

电化学的应用

在物理化学的众多分支中，电化学是唯一以大工业为基础的学科。它的应用

主要有：电解工业，其中的氯碱工业是仅次于合成氨和硫酸的无机物基础工业；

铝、钠等轻金属的冶炼，铜、锌等的精炼也都用的是电解法；机械工业使用电镀、

电抛光、电泳涂漆等来完成部件的表面精整；环境保护可用电渗析的方法除去氰

离子、铬离子等污染物；化学电源；金属的防腐蚀问题，大部分金属腐蚀是电化

学腐蚀问题；许多生命现象如肌肉运动、神经的信息传递都涉及到电化学机理。

一、氯碱工业

这是世界上最大的电化学工业，它是通过电解食盐水，从而获得氯气和苛性

钠的过程。氯气用于制备氯乙烯，进而合成得到PVC，还可用作纸浆及纸的漂

白剂和杀菌剂。工业中常用的有三种电解池：汞电解池、隔板电解池、离子选择

性电解池。由于氯的腐蚀力和电极本身的氧化，传统碳棒或石墨阳极已经被RuO

涂层的钛电极所取代，RuO涂层中含有一定量的过渡金属氧化物，如Co0等。

这类阳极几乎不被腐蚀。还有一个优点是：不希望出现的析氧副反应已被降到非

常低的程度(1％～3％)。

汞电解池，该电解池