電化學

前言

本書第二版的出版距離第一版的發(fā)行時間已近十年，在此期間，電化學前沿又擴展到了更廣泛的科學領(lǐng)域，并得到了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)代電化學所涉及和影響的領(lǐng)域離傳統(tǒng)電化學關(guān)注的焦點已越來越遠，所以，這就要求當代的電化學家們必須將他們的專業(yè)知識范圍及時擴展到這些新的領(lǐng)域，例如，二三十年前，除了某些光學技術(shù)，光譜學與電化學基本沒有什么交叉，如今光譜學卻在電化學領(lǐng)域中起著極其重要的作用，這方面的內(nèi)容也占據(jù)了本書很大的篇幅。在電化學基礎(chǔ)理論領(lǐng)域，利用量子力學從頭算的方法，我們已經(jīng)可以計算出電極表面附近分子的基元過程并提供這些分子有關(guān)行為的直接信息，在不久之前這方面的研究中我們還只能以較粗糙的近似法來建立相關(guān)模型。掃描隧道顯微鏡的發(fā)明使我們有能力研究表面上的原子和分子的結(jié)構(gòu)，以及界面結(jié)構(gòu)是如何隨電勢和電解質(zhì)溶液而變化的。另外，它也為我們研究諸如腐蝕這類與電極表面晶體結(jié)構(gòu)上的非均性密切相關(guān)的電化學過程提供了新的信息。一些為其他目的開發(fā)的新型材料也讓我們開發(fā)了很多電化學新技術(shù)，例如低溫固體燃料電池，反過來，電化學家開發(fā)的新材料，如電活性聚合物，也將對其他很多學科領(lǐng)域及技術(shù)產(chǎn)生廣泛而深遠的影響。我們在本版改編過程中嘗試將這些新的熱點內(nèi)容增加進來。同時，為了避免新增內(nèi)容影響本書整體的簡潔性，我們對前一版在內(nèi)容上進行了必要的調(diào)整，刪除了一些過時的材料，并保證其不會對閱讀和理解本版內(nèi)容造成困難。與前一版相比，本版前幾章的主要更新在于引進了基于量子力學從頭算的理論方法的一些新思想。這是一個嶄新及重要的領(lǐng)域，且已取得了一些令人激動的成果。第四和第五章在保持物理化學核心思想的同時，增加了許多能夠反映當代技術(shù)、方法的新內(nèi)容，并新增了一節(jié)生物電化學，突出了與長程電荷傳遞相關(guān)的電化學行為特性。第六章有關(guān)機理方面的內(nèi)容經(jīng)過了重寫，例如，對甲醇和C0的電氧化機理方面的解釋基本體現(xiàn)了該領(lǐng)域一些最新研究成果。另外，我們還增加了電化學聚合反應和電化學振蕩等內(nèi)容。第七章新增了當代電池中常用的固體電解質(zhì)膜的最新研究進展，還簡要介紹了室溫熔融鹽研究領(lǐng)域的一些重要成果。第八、九、十章更新了前一版中介紹的各種電化學技術(shù)，融入了這些技術(shù)的新進展。我們非常關(guān)注生物電化學領(lǐng)域的成果對未來各種傳感器研制方面的深遠影響，同時，我們也堅信電化學科學必將對其他學科的進一步發(fā)展提供可靠的支持和幫助。

內(nèi)容概要

本書為Wiley?VCH公司出版的經(jīng)典教科書《電化學》第二版。為了將現(xiàn)代電化學的概貌和前沿呈現(xiàn)給讀者,作者對原著第一版進行了全面和徹底的更新。本書介紹了物理化學的基本概念及其在不同科研領(lǐng)域中的延伸和拓展，例如半導體、生物電化學、電催化、新溶劑和新材料、新的理論研究方法以及電化學振蕩體系等。貫穿本書的中心思想是突出電化學在當代工業(yè)中的最新應用，例如燃料電池、鋰電池、超級電容器和實用型電催化劑等。     本書全面而深入地介紹了電化學的各種研究方法，包括傳統(tǒng)的電化學技術(shù)以及現(xiàn)代的光學、譜學、質(zhì)譜和掃描探測技術(shù)。因此，本書可以作為化學、化工、材料學和物理學專業(yè)學生和科研工作者的參考資料。

作者簡介

作者(德國)卡爾·H·哈曼(Carl H.Hamann) 、(英國)安德魯·哈姆內(nèi)特(Andrew Hamnett)、 (德國)沃爾夫·菲爾施蒂希(Wolf Vielstich) 均為國際電化學屆聲譽卓著的科學家.

書籍目錄

書中采用的符號和單位 第1章　基礎(chǔ)、定義和概念 　1.1　離子、電解質(zhì)和電荷的量子化 　1.2　電化學池中從電子導電到離子導電的轉(zhuǎn)換 　1.3　電解池與原電池：分解電勢與電動勢(emf) 　1.4　法拉第定律 　1.5　量度單位制 　參考文獻 第2章　電導率和離子間的相互作用 　2.1　電解質(zhì)基礎(chǔ) 　　2.1.1　電解質(zhì)導電的基本概念 　　2.1.2　電解質(zhì)溶液電導的測量 　　2.1.3　電導率 　　2.1.4　電導率值 　2.2　電解質(zhì)電導率的經(jīng)驗定律 　　2.2.1　電導率與濃度的關(guān)系 　　2.2.2　摩爾電導率和當量電導率 　　2.2.3　科爾勞施定律和強電解質(zhì)極限電導率的測定 　　2.2.4　自由離子獨立遷移定律和弱電解質(zhì)摩爾電導率的測定 　2.3　離子遷移率和希托夫傳輸 　　2.3.1　遷移數(shù)以及離子極限電導的測定 　　2.3.2　離子遷移數(shù)的實驗測定 　　2.3.3　遷移數(shù)和離子極限電導的數(shù)值 　　2.3.4　離子水化作用 　　2.3.5　質(zhì)子異常的電導率，H3O+的結(jié)構(gòu)和質(zhì)子水合數(shù) 　　2.3.6　離子遷移速率和離子半徑的測定：瓦爾登法則 　2.4　電解質(zhì)電導理論(稀電解質(zhì)溶液的德拜?休克爾?昂薩格理論) 　　2.4.1　模型描述：離子氛、弛豫效應和電泳效應 　　2.4.2　計算中心離子和離子氛產(chǎn)生的電勢:離子強度、離子半徑和離子云 　　2.4.3　適用于稀電解質(zhì)溶液電導的德拜?昂薩格方程 　　2.4.4　交流電場和強電場對電解質(zhì)電導的影響 　2.5　電化學中的活度概念 　　2.5.1　活度系數(shù) 　　2.5.2　計算濃度依賴的活度系數(shù) 　　2.5.3　濃電解質(zhì)溶液的活度系數(shù) 　2.6　弱電解質(zhì)性質(zhì) 　　2.6.1　奧斯特瓦爾德稀釋定律 　　2.6.2　電離受電場的影響 　2.7　pH值的定義和緩沖溶液 　2.8　非水溶液 　　2.8.1　非水溶劑中的離子溶化作用 　　2.8.2　非水溶液電解質(zhì)的電導率 　　2.8.3　含質(zhì)子非水溶液的pH?標度 　2.9　電導率測量的應用 　　2.9.1　水的離子積的測定 　　2.9.2　難溶鹽溶度積的測定　　2.9.3　難溶鹽溶解熱的測定　　2.9.4　弱電解質(zhì)熱力學電離平衡常數(shù)的測定　　2.9.5　電導滴定原理　參考文獻第3章　電極電勢和相邊界的雙電層結(jié)構(gòu)　3.1　電極電勢及其與濃度、氣體壓力和溫度的關(guān)系　　3.1.1　電池的電動勢和化學反應的最大可用能量　　3.1.2　電極電勢的本質(zhì)，Galvanic電勢差和電化學勢　　3.1.3　電極電勢以及金屬與含該金屬離子的溶液間的平衡電勢差的計算——Nernst方程 　　3.1.4　氧化還原電極的Nernst方程 　　3.1.5　氣體電極的Nernst方程 　　3.1.6　電極電勢和電池電動勢的測定 　　3.1.7　原電池的示意表示 　　3.1.8　從熱力學數(shù)據(jù)計算電池的電動勢　　3.1.9　電動勢與溫度的關(guān)系　　3.1.10　電池電動勢與壓力的關(guān)系——水溶液電解時的殘余電流　　3.1.11　參比電極與電化學序列 　　3.1.12　第二類參比電極 　　3.1.13　非水溶劑中的電化學序列 　　3.1.14　非水溶劑的參比電極以及工作的電勢范圍　3.2　液接電勢　　3.2.1　液接電勢的起源　　3.2.2　擴散電勢的計算 　　3.2.3　有或沒有遷移的濃差電池 　　3.2.4　Henderson方程 　　3.2.5　擴散電勢的消除 　3.3　膜電勢 　3.4　雙電層和電動力學效應 　　3.4.1　Helmholtz和擴散雙電層：Zeta?電勢 　　3.4.2　離子、偶極和中性分子的吸附——零電荷電勢　　3.4.3　雙電層電容　　3.4.4　電化學雙電層的一些數(shù)據(jù) 　　3.4.5　電毛細現(xiàn)象 　　3.4.6　電動力學效應——電泳、電滲析、Dorn效應以及離子流電壓 　　3.4.7　雙電層的理論研究 　3.5　半導體電極的電勢及相邊界行為 　　3.5.1　金屬導體、半導體和絕緣體 　　3.5.2　半導體電極的電化學平衡 　3.6　電勢差測量的應用 　　3.6.1　標準電勢與平均活度系數(shù)的測定 　　3.6.2　難溶鹽的溶度積　　3.6.3　水的離子積的確定　　3.6.4　弱酸的解離常數(shù)　　3.6.5　熱力學狀態(tài)函數(shù)(ΔrG0、ΔrH0和ΔrS0)以及化學反應相應的平衡常數(shù)的確定　　3.6.6　用氫電極來測量pH值　　3.6.7　用玻璃電極測量pH值 　　3.6.8　電勢滴定的原理 　參考文獻 第4章　電勢與電流 第5章　電極/電解液界面的研究方法 第6章　電催化與反應機理第7章　固體及熔融鹽離子導體電解質(zhì) 第8章　工業(yè)電化學過程第9章　電池第10章　電分析領(lǐng)域的應用參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：第5章 電極／電解液界面的研究方法研究電極反應過程的方法很多，本章將討論其中最重要的幾種。利用這些方法得到的數(shù)據(jù)，將提供有關(guān)反應速率、反應機理、可能中間產(chǎn)物的種類及相關(guān)吸附過程等方面的信息。對任何電極反應，通過分析在穩(wěn)態(tài)或準穩(wěn)態(tài)下獲得的伏安曲線，我們即可大致地了解相關(guān)過程。然而，要精確地測量電極動力學過程，則不僅需要仔細地控制傳質(zhì)過程，還必須校正在通電時在工作電極和參比電極末端間產(chǎn)生的歐姆電壓降。這里需要強調(diào)的是：如果僅利用電化學方法研究吸附過程，能得到的有關(guān)電極膜或吸附的反應中間物的化學特性等信息往往十分有限。利用近年來發(fā)展的一系列新型光學技術(shù)（譜學技術(shù)，將在本章中介紹），大大促進了這方面的研究。然而，即使是對這些新型譜學技術(shù)，如果僅使用其中的任何一種，也同樣很難得到非常明確的信息。這一點在研究復雜反應時尤為突出，因此，聯(lián)合使用電化學和光譜技術(shù)十分重要。5.1 穩(wěn)態(tài)伏安曲線的測量從原理上講，可以使用4.3 節(jié)中討論的那種帶有可變電阻R的裝置來控制電流。通過改變電阻R的值，測量工作電極上的電流和電勢就能得到伏安曲線。但當電流密度較低時，該方法費時費力，并且誤差較大，所以在現(xiàn)代電化學研究中基本都采用恒電位儀。

編輯推薦

《電化學(原著第2版)》是由德國電化學家Vielstich教授在電化學及相關(guān)領(lǐng)域四十多年的教育和科研工作基礎(chǔ)上編寫而成，被譽為今電化學學科的最新著作和經(jīng)典著作，也是電化學及其相關(guān)領(lǐng)域（包括能源、材料和生命等領(lǐng)域）科研工作者極佳的參考書。

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