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'''电化学'''是[[物理化学]]的一个分支，研究的是[[电势]]（作为一种可测量和定量的[[标量 (物理学)|純量]]）与[[化學變化]]之间的关系，电势是某種特定化学变化的结果，反之亦然。

传统观念认为电化学主要研究[[电能]]和[[化学能]]之间的相互转换，如[[电解]]和[[原电池]]。但电化学并不局限于电能出现的化学反应，也包含其它[[物理化学]]过程，如金属的电化学[[腐蚀]]，以及电解质溶液中的金属[[置换反应]]。

== 历史 ==
=== 16-17世纪：早期相关研究 ===
[[File:Guericke-electricaldevice.PNG|thumb|[[德国]][[物理学家]][[奥托·冯·格里克]]和他的[[静电起电机]]。]]
16世纪标志着对于电认知的开始。在16世纪50年代，[[英国]]科学家[[威廉·吉尔伯特]]花了17年时间进行磁学方面的试验，也或多或少地进行了一些电学方面的研究。吉尔伯特由于在磁学方面的开创性研究而被称为“磁学之父”，他的磁学研究为[[电磁学]]的产生和发展创造了条件。

1663年，[[德国]][[物理学家]][[奥托·冯·格里克]]发明了第一台[[静电起电机]]。这台机器由球形[[玻璃]]罩中的巨大[[硫磺]]球和转动硫磺球用的曲轴组成的。当摇动曲轴来转动球体的时候，衬垫与硫磺球发生摩擦产生[[静电]]。这个球体可以拆卸并可以用作电学试验的来源。

=== 18世纪：电化学的诞生 ===

在18世纪中叶，[[法国]][[化学家]][[夏尔·杜菲]]发现了两种不同的静电，他将两者分别命名为“玻璃电”和“松香电”，同种相互排斥而不同种相互吸引。杜菲因此认为电由两种不同液体组成：正电“vitreous”（“玻璃”），以及负电“resinous”（“树脂”），这便是电的双液体理论，这个理论在18世纪晚期被[[本傑明·富蘭克林]]的单液体理论所否定。

1781年，法国物理学家[[夏尔·奥古斯丁·库仑]]在试图研究由英国科学家[[约瑟夫·普利斯特里]]提出的电荷相斥法则的过程中发展了静电相吸的法则。

<!-- [[File:Galvani-frog-legs.PNG|thumb|18世纪后期的[[路易吉·伽伐尼]]蛙腿实验。]] -->
1771年，[[意大利]][[生理学|生理学家]]、[[解剖学|解剖学家]][[路易吉·伽伐尼]]发现蛙腿肌肉接触金属刀片时候会发生痉挛。他于1791年发表了题为“电流在肌肉运动中所起的作用”（De Viribus Electricitatis in Motu Musculari Commentarius）的论文，提出在生物形态下存在的“神经电流物质”，在化学反应与电流之间架起了一座桥梁。<ref>[http://scienceworld.wolfram.com/biography/Galvani.html 路易吉·伽伐尼（1737-1798）] {{Wayback|url=http://scienceworld.wolfram.com/biography/Galvani.html |date=20060427165119 }}– ''Eric Weisstein's World of Scientific Biolgraph''</ref>这篇论文的发表标志着电化学和[[电生理学]]的诞生。在论文中，伽伐尼认为动物体内中存在着一种与“自然”形式（如[[闪电]]）或“人工”形式（如摩擦起电）都不同的“动物电”，“动物电”通过金属探针来激活神经和有限的肌肉组织。

伽伐尼的观点得到了多数同事的认同，但是[[帕维亚大学]]的物理学家[[亞歷山卓·伏打]]并不赞成“生物电流”的这个想法，并提出蛙腿肌肉在伽伐尼实验中仅起到了连接两种不同金属（托盘和刀片）的作用。
[[File:Volta-and-napoleon.PNG|thumb|[[意大利]][[物理学家]][[亞歷山卓·伏打]]向[[拿破仑·波拿巴|拿破仑]]展示他的电池。]]

=== 19世纪：电化学发展成为化学分支 ===

1800年，英国化学家[[安东尼·卡莱尔]]和[[威廉·尼科尔森]]通过电解的方式成功将[[水]]分解为[[氢气]]和[[氧气]]。不久之后，德国化学家[[约翰·里特]]发现了[[电镀]]现象，同时观察到在电解过程中沉积的金属以及产生的氧气的量取决于电极之间的距离。1801年，约翰·里特观察到了热电电流并预测了由[[托马斯·约翰·塞贝克]]所发现的[[熱電效應]]。

[[File:Humphry Davy by Turner crop.jpg|thumb|英国化学家[[汉弗里·戴维]]爵士]]
在19世纪初，英国物理学家、化学家[[威廉·海德·沃勒斯顿]]改进了[[伏打电堆]]。同时，英国化学家[[汉弗里·戴维]]爵士关于电解的研究得出电解反应是化学能和电能之间的相互转换的结论，随后用电解的方法得到了[[钠]]、[[钾]]等金属单质，成为发现元素单质最多的化学家。[[丹麦]]科学家[[汉斯·克里斯蒂安·奥斯特|汉斯·奥斯特]]于1820年4月21日所发现的电流磁效应被认为是划时代的进步，随后，法国物理学家[[安德烈-玛丽·安培]]很快重现了奥斯特的试验，并且推导出了其数学公式，即[[安培定律]]。1821年，[[波罗的海德国人|德国]]物理学家[[托马斯·约翰·塞贝克]]描述了在两种不同金属接界处因温差而导致的电势差，即[[熱電效應]]。1827年，[[德国]]科学家[[格奥尔格·欧姆]]在著作《直流电路的数学研究》（Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet）中完整阐述了他的电学理论，提出了电路分析中电流、电压及电阻之间的基本关系。1832年，[[迈克尔·法拉第]]基于其电化学试验中的发现阐述了[[法拉第电解定律]]，这个定律适用于一切电极反应的氧化还原过程，是电化学反应中的基本定量定律。1836年，[[约翰·费德里克·丹尼尔]]使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问题，发明了使用过程中不会产生氢气的[[丹尼尔电池]]。
 
1839年，[[威尔士]]科学家[[威廉·罗伯特·格罗夫]]制造出了第一个[[燃料电池]]。1846年，德国物理学家[[威廉·爱德华·韦伯|威廉·韦伯]]发明了电功率表。1866年，法国人[[雷克兰士]]发明了[[碳锌电池]]，这一电池后来成为世界上第一种被广泛使用的[[化学电池]]。

[[File:Arrhenius2.jpg|thumb|left|upright|瑞典化学家[[斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯]]]][[瑞典]]化学家[[斯凡特·奥古斯特·阿伦尼乌斯]]在1884年出版了他的论文《电解质导电性的研究》（Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes），提出了他的尚不完善的溶质电离理论。1887年，他完善了自己的电解质电离理论，并得到了公众认可。1886年，法国人[[保罗·埃鲁]]和美国人[[查尔斯·霍尔]]分别独立的研究了电解法制备纯铝的霍尔-埃鲁法。1894年，德国化学家[[威廉·奥斯特瓦尔德]]完成了有机酸的电导率和电离的重要研究。德国科学家[[瓦爾特·能斯特]]在1888年提出了原电池的[[电动势]]的理论。随后他提出了[[能斯特方程]]。1898年，德国化学家[[弗里茨·哈伯]]发现电解池中阴极电位决定还原产物的化学组成。同年他解释了硝基苯的电解还原过程。

=== 20世纪以来电化学的发展 ===
1902年，美国电化学学会成立。1909年，美国物理学家[[罗伯特·密立根]]通过[[油滴實驗]]测定了单个[[电子]]所带的[[电荷量]]。1923年，丹麦化学家[[布朗斯特]]和英国化学家[[托马斯·劳里]]提出了[[酸碱质子理论]]。1937年，瑞典化学家[[阿尔内·蒂塞利乌斯]]制作了第一套精细的[[电泳]]装置。他因对蛋白质电泳的研究获得1948年[[诺贝尔化学奖]]。1949年，[[国际电化学学会]]成立，它是[[國際純粹與應用化學聯合會]]的成员组织。

== 原理 ==
=== 氧化还原反应 ===
[[氧化反应]]和[[还原反应]]描述的是当[[原子]]、[[离子]]或[[分子]]在发生电化学反应的时候，自身氧化状态的改变。严格来讲，氧化状态指的就是一种假象的电荷，如果原子与其他元素构成的键是100%的[[离子键]]，那么这个原子认为有这个电荷。如果一个原子或者离子失去一个电子，那么就认为氧化状态得到提升，同时，得到负电荷电子的原子或离子，就认为氧化状态降低。氧化反应和还原反应总是成对同时发生，即一部分发生氧化反应的同时另一部分发生着还原反应。这种成对同时发生的电子转移过程称为氧化还原反应。<br /><br />

例如，当原子钠与原子氯发生反应时，钠原子提供出去一个电子造成氧化状态升高为+1，同时氯原子得到一个电子氧化状态被还原（降低）为-1。实际上，氧化状态的正负号通常也对应于离子所带电荷的电量值。带正电荷的钠离子和带负电荷的氯离子之间的吸引力是它们可以组成离子键的一个原因。<br /><br />

原子或分子失去电子称为氧化，那么相反的，得到电子就是还原。从氧化数上看，简记为“升失氧，降得还”，通过助记符号我们可以很轻松的记住它们。{{citationneeded|'''第一个方法是“石油钻机”'''，英文名字OIL RIG，表示“氧化是失电子，还原是得电子”（Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain），'''第二个方法是“里奥狮子说'给俺'”'''，英文名字“LEO the lion says GER”（Lose Electrons: Oxidization, Gain Electrons: Reduction）。以上两个方法各取第一个字母就是缩写的组合。一旦负电性相差很大的多个原子之间共享电子的时候，电子会靠近负电性最大的原子以得到氧化状态。}}<br /><br />

当原子或分子失去电子的时候，我们认为这是[[还原剂]]。同样，接收电子的物质则称之为[[氧化剂]]。在反应中，氧化剂总是被还原，还原剂总是被氧化。氧气就是很常见的氧化剂，但它并不是唯一的氧化剂。所以，不能望文生义，很多的氧化反应并不是必须有氧气参加反应。实际上，火焰可以由除了氧气之外的氧化剂来助燃，比如，[[氟]]助燃的火常常难以扑灭，因为氟是比氧气具有更加强的氧化性（更高的负电性）。<br /><br />

在有氧气参与的反应中，得到氧原子的原子或分子发生了氧化反应（氧气在这个过程中被还原）。在[[有机化合物]]中，例如[[丁烷]]或[[乙醇]]，失去氢意味着分子发生了氧化反应（氢被还原）。这样的反应性质是因为氢在最后离开非金属分子团的时候是得到电子。总之，失氧得氢就是还原反应。<br /><br />

=== 氧化还原反应的配平 ===

==簡易電化學演示實驗==
[[File:Electrolysis1.JPG|thumb|帶有電位差的陽極和陰極於溶液浸潤後的濾紙上反應]]
[[File:Electrolysis2.JPG|thumb|五種容易演示的電化學反應]]
由電池所提供的[[電位差]]能使溶液中位於電極表面的離子由電極得到或失去電子，經由此改變使溶液和電極的表面產生化學反應，有些反應後的產物是肉眼顯而易見的，其他較不明顯的可以藉由[[酸鹼指示劑]]等其他化學品作呈現，簡易的展示方式是使用沾有溶液之濾紙，利用約9～18伏特的電池和不同材質之電極來達成。

圖中所使用的溶液和電極為：

*左上：[[氯化鈉]]水溶液，陽極鐵釘，產生綠色亚鐵離子<chem>Fe^2+</chem>（部分被空气氧化为红色铁离子<chem>Fe^3+</chem>）。
*中上：[[硫氰化鉀]]水溶液，陽極鐵釘，產生血紅色铁離子<chem>Fe^3+</chem>。
*右上：[[碘化鉀]]水溶液，陽極碳棒或銅棒。
*左下：氯化鈉水溶液加[[廣用指示劑]]，陰極碳棒或銅棒，鹼性為藍色。
*右下：氯化鈉水溶液加[[酚紅]]或[[酚酞]]酸碱指示劑，陰極碳棒或銅棒，鹼性為紅色。

== 参考文献 ==
{{reflist}}
[https://web.archive.org/web/20141028142535/http://chinese.electrochemist.com/ 电化学]
{{电分析}}
{{化学分支}}

{{Authority control}}
[[Category:电化学]]