最近打算写一系列电化学的基础原理，名称暂定为”电化学：从入门到入门“。
计划写十几章左右，主要参考了Allen Bard《Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications》和John Newman的《Electrochemical Systems》这两本书。
本节核心：电极，电解质，法拉第定律
1. 电化学系统基本构成
每个电化学系统必须包含两个由电解质隔开的电极，并通过外部电子导体连接。 离子通过电解质从一个电极流到另一个电极，并且通过流过外部导体的电子形成完整电路。
电极（electrode），是电子导体，指电子在其中可自由移动的材料，因此可用于感测（或控制）电子的电势。 它可以是金属或其他电子导体，例如碳、合金、金属间化合物、过渡金属硫属元素化物或半导体。 特别地，在发生电化学反应或与相邻相的一些类似作用时，电极被认为是电子导体。 电子传导性通常随着温度的升高而略微降低，并且为10^2至10^4 S/cm，其中西（S）是欧姆的倒数。
电解质（electrolyte），是离子导体，指离子在其中自由，而电子阻隔移动的材料。 离子导体包括熔盐，溶液中的解离盐和一些离子固体。 在离子导体中，中性盐离解成它们的组分离子。 我们使用术语“species”来指代离子以及不离解的中性分子成分。 离子电导率通常随着温度的升高而增加，并且为10^-4至10^-1 S/cm，也可以更低。
除了这两类材料之外，一些材料是混合导体，其中电荷可以通过电子和离子传输。混合导体偶尔用于电极中，例如，在固体氧化物燃料电池中。
因此，电化学电池的关键特征在于它包含两个电极，这两个电极允许电子传输，电子被电解质隔开，该电解质允许离子移动但阻挡电子的移动。为了从一个电极到达另一个电极，电子必须通过外部导电电路，在此过程中做功或吸收功。
2. 电化学反应和化学氧化还原反应区别
二者主要区别在于：在电化学反应中，在一个电极处发生还原，在另一个电极处发生氧化；而在化学反应中，还原和氧化都在相同的位置发生。在电化学反应中，氧化与还原在空间上是分离的。因此，一个完整的氧化还原反应被分成两个半电池（half-cell）。这些反应的速率可以通过在电极之间的电势差来控制，例如，利用外部电源，这在一般的化学中是没有的。最后，电化学反应总是非均相的，也就是说，它们总是发生在电解质和电极之间的界面处（并且可能发生在第三相，例如气态或绝缘反应物）。
3. 电化学反应基本规则：电荷守恒和法拉第定律
尽管半电池反应发生在不同的电极上，但反应速率通过电荷守恒和电中性（electroneutrality）原理进行处理。实现电荷的空间分离需要非常大的力。因此，电流是连续的：离开一个电极的所有电流必须进入另一个电极。在电极和电解质之间的界面处，电流仍然是连续的，但带电物质的特性从电子变为离子。这种变化是由电荷转移（即电化学）反应引起的。在电解质中，电中性要求与阴离子具有相同数量的阳离子：
其中，总和是溶液中所有种类i，而c和z分别是离子i的浓度和电荷数。例如, z(Zn2+) 是 +2, z(OH-) 是 – 1， z(H2O) 是 0。
法拉第定律（Faraday’s law）将反应速度与电流联系起来。它表明的一种产物的生成速率与电流成正比，产生的总质量与电荷量和物质摩尔质量的乘机呈正比：
其中，m是通过化学计量系数为（s）的反应生成的物质i的质量，并且转移n个电子；M是i的摩尔质量，F是法拉第常数（96,487C），通过的电荷总量等于电流（I）乘以时间（t）。 化学计量系数的符号由形成电化学反应的惯例确定
其中M，是物质i的化学式系数。 例如，对于反应：
s(ZnO)是-1，s(OH-)是2， n是2。
4. 一些惯例
通常来说，电流被定义为正电荷流。 因此，电子以与电流流动相反的方向移动。
电流密度（Current density）是电荷通量，即垂直于流动方向的每单位面积的正电荷流量。 一个电化学系统的行为更多地由电流密度决定，而不是由总电流决定。总电流是电流密度和横截面积的乘积。
极化（Polarization）是指因为电流通过引起电势偏离了平衡状态。
过电势（Overpotential）是指由电流通过引起的这种电势降的大小。
来源：知乎 www.zhihu.com
作者：圆的方块
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