目录 本章蒸本要求.396 课外套考读物.397 复习题 398 习题 399 第十四章胶体分散系统和大分子溶液.404 14.1胶体和胶体的基本特性 405 分散系统的分类. 405 胶团的结构 407 514.2溶胶的制备和净化 408 溶胶的制备 408 溶胶的净化 .411 溶胶的形成条件和老化机理 413 均分散胶体的制备和应用.4.*.。415 514.3溶胶的动力性质 416 Brown运动. 417 扩散和渗透压. 418 沉降和沉降平衡· 421 514.4溶胶的光学性质.424 Tyndall效应和Rayleigh公式 424 ”超显微镜的基本原理和粒子大小的测定.427 14.5溶胶的电学性质. 428 电动现象. 428 电泳 429 电渗. 4414444444*4 432 沉降电势和流动电势 432 514.6双电层理论和5电势. 433 14.7溶胶的稳定性和聚沉作用 437 溶胶的稳定性 437 影响聚沉作用的一些因素. 439 胶体稳定性的DLV)理论大意 442 DLVO理论的一种简化表示式. 443 高分子化合物对溶胶的絮凝和稳定作用 444 14.8究状液. 446 两种乳状液—O/W型和W/0型乳状液 446 乳化剂的作用.一 447 乳状液的不稳定性 分层、变型和破乳 449 514.9疑胶. 450
u后静 凝胶的分类.450 凝胶的形成 451 凝胶的性质.*.*.4.4： 452 14.10大分子溶液 454 ·大分子的平均摩尔质量 。 455 聚合物摩尔质量的测定方法 458 聚合物的分级 460 §14.11D0nnan平渐和聚电解所溶液的渗透压.461 Donnan平衡： 聚电解质溶液的渗透压. 46] 14.12 流变简介 46 Newton流体 非Newton流体 465 触变性流体. 467 黏弹性流体 468 ,814.13纳米粒子. 46g 纳米系统是典型的介观系统 469 纳米粒子的结构和特性.+. 470 纳米粒子的制备 472 自组织技术 一仿生纳米合成 474 模板合成技术 475 纳米材料的应用.475 本章基本要求 477 渠外参考读物.478 复习题 479 习题 480 附录 484 附表1在298K的水溶液中，一些电解质的离子平均活度因子Y:.484 附表2 在298K和标准压力(p°=100kPa)下，在水溶液中，一些电极的 标准（氢标还原）电极电势°.485 全书索引 487
第八章电解质溶液 电化学主要是研究电能和化学能之间的互相转化以及转化过程中相关规律 的科学。能量的转变需要一定的条件（即要提供一定的装置和介质）。例如，化 学能转变成电能必须通过原电池(primary cell)来完成，电能转变成化学能则需 要借助于电解池(electrolytic cell)来完成。无论是电池还是电解池，都需要知道 电极(electrode)和相应的电解质溶液(electrolytic solution)中所发生的变化及 其机理。 电化学的发展历史可以追溯到人们对电的认识。早在1600年，Gilbert(吉 尔伯特，Sir William Gilbert,l544一1603)观察到用毛皮擦过的號珀具有吸引其 他轻徽物体的能力，就用“electric'”(希腊语，意即“號珀”)这个字来描述这种行 为。但直到1799年，Volta(伏打，Alessandro Volta,1745一1827，意大利物理学 家)从银片、锌片交替的叠堆中成功地产生了可见火花，才提供了用直流电源进 行广泛研究的可能性。1807年，Davy(戴维，H.Davy,1778一1829，英国化学家) 用电解成功地从钠、钾的氢氧化物中分离出了金属钠和钾。1833年Faraday(法 拉第，Michael Faraday,l791一l867,英国物理学家和化学家)根据多次实验结果 归纳出了著名的Faraday定律，为电化学的定量研究和以后的电解工业獎定了理 论基础。但直到1870年以后，人们发明了发电机，电解才被广泛地应用于工业中。 1893年，Nernst(能斯特，1864一1941，德国化学家和物理学家)根据热力学 的理论提出了可逆电池电动势的计算公式，即Nernst方程，表示电池的电动势 与参与电池反应的各种物质的性质、浓度以及外在条件（温度、压力等）的关系， 为电化学的平衡理论的发展作出了突出的贡献。 1923年，Debye(德拜，1884一1966，物理化学家，原籍荷兰，1946年加人美 国籍)与Huckel(休克尔，生于1896年，德国物理化学家)提出了强电解质溶液 中的离子互吸理论，推动了电化学理论的进一步发展。1905年，Tafel(塔菲尔) 开始注意到电极反应的不可逆现象，提出了一个半经验的Taf®l公式，用以描述 电流密度和氢超电势之间的关系。在20世纪40年代，前苏联学者弗鲁姆金以 电极反应速率及其影响因素为主要研究对象，而逐步形成了电极反应动力学。 在电极上发生氧化或还原反应时，电子的跃迁距离小于1nm,显然，利用固 体物理的理论和量子力学的方法研究电极和溶液界面上所进行反应的机理，更 能反映出问题的实质。这是研究在界面上进行电化学反应的一个崭新的领域， 被称为量子电化学
2 第入熏电系质希有款 生产上的需要推动着电化学的发展，电化学工业在今天已成为国民经济中 的重要组成部分。许多有色金属以及稀有金属的冶炼和精炼都采用电解的方 法。利用电解的方法可以制备许多基本的化工产品如氨氧化钠，氯气，氯酸钾 过氧化氢以及一些有机化合物等，在化工生产中也广泛采用电催化和电合成反 应。材料科学在当今新技术开发中占有极其重要的位置，用电化学方法可以生 产各种金属复合结构材料或表层具有特殊功能的材料。 电镀工业与机械工业、电子工业和人们日常生活都有密切的关系，绝大部分 机械的零部件、电子工业中的各种器件都要皱上很薄的金属镀层，从而起到装 饰，防腐、增强抗磨能力和便于焊接等作用。此外，工业上发展很快的电解加工 电铸、电抛光、铝的氧化保护、电着色以及电泳喷漆法等等也都是采用电化学 方法 化学电源是电化学在工业上应用的另一个重要方面，锌锰干电池、铅酸蓄电 池等以其稳定又便于移动等特点在日常生活和汽车工业等方面已起到了重要作 用，随着尖端科技如火箭、宇宙飞船、半导体、集成电路、大规模集成电路、计算机 和移动通讯等技术的迅速发展，对化学电源也提出了新的要求，故而能连续工作 的燃料电池，各种体积小、质量轻，既安全又便于存放的新型高能电池，微电池如 锂离子电池，不断地被研制、开发，使得它们在照明、字航、通讯、生化、医学等方 面得到了越来越广泛的应用。 电化学与生物学和医学之间有密切的联系。生物体内的细胞膜便具有电化 学电极的作用，生物体内有双电层和电势差存在，从而通过神经传递信息。心电 图、脑电图等都与电化学有关。徽电极作为电化学传感器在生物学研究及医学 诊断中起着十分重要的作用。 电化学无论在理论上还是在实际应用上都有十分丰富的内涵，在本书中仅 对如下儿个方向作简要的概述：①电解质溶液理论（如离子互吸、离子水合、离 子缔合、电导理论、解离平衡等)：②电化学平衡（如可逆电池、电极电势、电动势 以及可逆电池电动势与热力学函数之间的关系等)：③电极过程动力学（如从动 力学的角度阐明电极上所发生的反应)；④实用电化学等。电化学的内容相当 广泛，并已形成一支独立的科学，在本书中主要着重于讨论电化学中的一些基本 原理和共同规律。 §8.1电化学中的基本概念和电解定律 原电池和电解池 能导电的物质称为导电体(electrical conductor),简称导体。导体大致上可
文58，】电化学中的墓本概念和电解定律 3 分为两类，第一类导体是电子导体，例如金属、石墨及某些金属的化合物（如 WC)等，它是靠自由电子的定向运动而导电，在导电过程中自身不发生化学变 化。当温度升高时由于导电物质内部质点的热运动加剧，阻碍自由电子的定向 运动，因而电阻增大，导电能力降低。第二类导体是离子导体，它依靠离子的定 向运动（即离子的定向迁移）而导电，例如 电解质溶液或熔融的电解质等。当温度升 电源 高时，由于溶液的黏度降低，离子运动速度 加快，在水溶液中离子水化作用减弱等原 因，导电能力增强。 今将一个外加电源的正、负极用导线 分别与两个电极相连，然后插人电解质溶 液中，就构成了电解池，如图8.1所示。溶 电解质溶液 液中的正离子(cation)将向阴极(cathode) 迁移，在阴极上发生还原作用。而负离子 (anion).将向阳极(anode)迁移，并在阳极上 图8.1电解池示意图 发生氧化作用 例如，若电解质是CuC2的浓溶液（设电极是惰性金属，本身不发生反应，由 于极化作用氧气不可能在阳极析出)，则电极反应为： 阳极发生氧化作用： 2CI-(aq) →Cl,(g)+2e 阴极发生还原作用： Cu2+(aq)+2e→Cu(s) 图8.2所示的是Daniell(丹尼尔)电池，是一种最简单的原电池。 在Zn电极上发生氧化反应，故Zn电 极是阳极。在Cu电极上自动发生还原反 应敖C由极是阴极，其反应为 Zn 阳极发生氧化作用： Zn(s)- →Zn2+(aq)+2e 极Zn1 Cu 阴极发生还原作用 Cu2+(aq)+2e→Cu(s) 总之，无论是电解池或是原电池，在讨 ZnS0,溶液 CuSO,溶液 论其中单个电极时，都把发生氧化作用的 电极称为阳极，把发生还原作用的电极称 图8.2 Daniell电池示意图