生活中的物理化学
摘要：本文通过对物理化学的一个分支--电化学的介绍，让大家了解了电化学的发展、不同电化学过程的异同以及电化学在生活中的应用。
关键词：电化学 发展史 应用
学习物理化学已经有一年的时间了，在这并不算短的日子里，也对物化有些许的认识。其实不仅在学习中，生活中也有许多体现物化原理的地方，比如电化学。下面来讲讲电化学的发展及其在生活中的应用。
1. 电化学的发展史
电化学主要是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，它的发展历史可以追溯到人们对电的认识：
早在1600年，Gilbert已经观察到摩擦过的琥珀能吸引微小物体的现象。
1799年，Volta从银片、锌片交替的堆叠中成功产生了可见火花。
1807年，Davy用电解成功分离出金属钠和钾。
1833年，Faraday根据多次实验归纳出了著名的Faraday定律。
1870年，人们发明了发电机，使得电能广泛运用于工业中。
1893年，Nernst提出了Nernst方程，为电化学平衡理论的发展做出了突出的贡献。
1923年，Debye与Hückel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提出一个半经验的Tafel公式，用以描述电流密度和氢超电势之间的关系。
三百多年来，人们对电化学的认识不断深入。而如今的社会已经离不开电化学，如电镀工业与机械工业、电子行业和人们的日常生活都有密切的联系，和生物学医学之间也有着密切的联系。其中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重要作用。随着尖端科技，例如火箭、宇宙飞船、计算机和移动通讯等技术的迅速发展，各种新型高能电池像锂离子电池、氢电池等将得到越来越广泛的应用。
2.原电池/电解池/电镀池的异同
原 电 池
电 解 池
电 镀 池
能量转换
化学能→电能
（两极分别发生氧化还原反应，产生电流）
电能→化学能
（在电流作用下两极分别发生氧化还原反应）
电极
正极
负极
较活泼金属
较不活泼金属
Pt/C
Pt/C
金属
金属氧化物
阴极：接电源负极
阳极：接电源正极
阴极：镀件
阳极：镀层金属
电解液
和负极反应（也可不反应）
无特殊要求
电解液须含有镀层金属离子
构成条件
两极、一液、一反应(自发)
直流电源、两极一液
直流电源、两极、一液（含镀层离子）
离子迁移
阳离子→正极 阴离子→负极
阳离子→阴极
阴离子→阳极
电子流向
负极(-)正极( )
电源正极
阳极
电源负极
阴极
3.电化学在生活中的应用
电化学在生活中的应用最重要的就是对金属腐蚀的防护。防止金属腐蚀的方法很多，可以通过一些例子加以说明。
【1】． 选择合适的合金和耐蚀金属
根据不同的用途选择合金，防止金属的腐蚀。例如在钢铁中加入Cr、Al和Si等元素可增加其抗氧化性，加入Cr、Ti、V、W等元素可防止氢蚀。又如含Cr 18%、Ni 8%的不锈钢在大气、水和硝酸中是非常耐腐蚀的；铜及铜合金，铅等在稀盐酸、稀硫酸中相当耐腐蚀。
【2】． 阴极保护法
阴极保护法有两类：牺牲阴极保护法和外加电流法。
(1) 牺牲阴极保护法: 就是将较活泼的金属或其合金连接在被保护的金属上，形成原电池。这时较活泼的金属作为腐蚀电池的阳极而被腐蚀，被保护的金属得到电子作为阴极而达到保护。一般常用的牺牲阳极材料有镁、铝、 锌及其合金。
(2) 外加电流保护法: 就是将被保护的金属与另一附加电极－不溶性辅助阳极－作为电解池的两个电极，被保护金属为阴极，在直流电的作用下阴极受到保护。外加电流保护法所用的不溶性辅助阳极材料有：废钢、石墨、高硅铸铁、磁性氧化铁等。这些阳极材料除废钢外，都具有难溶特性，可供长期使用。
阴极保护法的应用范围很广，主要可概括为两个方面：① 在水中金属结构的保护；② 在地下金属结构的保护。
【3】． 缓蚀剂法
在腐蚀性介质中加入少量能减小腐蚀速率的物质来防止金属腐蚀的方法叫做缓蚀剂法。所加的物质叫做缓蚀剂。缓蚀剂之所以具有缓蚀作用，大致基于如下三个原因：
(1) 生成致密氧化物保护膜: 能使阳极表面氧化而形成一层致密的氧化物保护膜，即钝化膜，使金属处于钝化状态，从而减慢了金属的腐蚀速率。例如，铬酸盐、重铬酸盐、硝酸钠和亚硝酸钠等氧化剂就属于这种情形。在水中加入0.2~0.5% K2Cr2O7可保护钢铁免受腐蚀。
(2) 生成难溶化合物保护膜: 能与阳极溶解出来的金属离子或与阴极附近的某离子形成难溶性化合物覆盖于阳极或阴极的表面，从而减慢了金属的腐蚀速率。属于前者的有：NaOH、Na2CO3、Na2SiO3、Na3PO4、C6H5COONa等物质。在溶液中，它们的负离子或酸根阴离子能同阳极溶解下来的离子形成难溶性化合物而沉积于阳极表面，从而把金属与腐蚀介质隔开起到缓蚀作用。属于后者的如多聚磷酸钠，它能与硬水中的Ca2 形成带正电荷的胶粒 (Na5CaP6O18)xx ，向金属阴极迁移，生成保护膜，从而减缓了金属的腐蚀速率。
(3) 阻碍放电的进行: 在酸性介质中，有机缓蚀剂被吸附在金属表面上，阻碍了H 的放电，从而减慢了金属的腐蚀速率。例如，胺类能和H 作用生成正离子：
R3N＋H ＝[R3NH]
这种离子被带正电荷的金属表面吸附后，H 放电困难，从而减慢了腐蚀速率。
有机缓蚀剂在工业上被广泛地用作酸洗钢板，酸洗锅炉及开采油、气田时进行地下岩层的酸化处理等。常用的有机缓蚀剂有："若丁"〔二邻甲苯硫脲：(CH3C6H4NH)2CS〕、乌洛托品〔六次甲基四胺：(CH2)6N4〕等。例如，在酸洗钢板时，在酸溶液中加入0.4%的"若丁"缓蚀剂，就能大为改善其效果和工作条件。
【4】． 其它方法
油漆、电镀等使被保护金属与空气隔绝开来，也是常用的金属防腐的方法。
其中电镀可分为镀不活泼金属和活泼金属两类，前者如：镀铜、镀银、镀金等，后者如，镀铬、镀锌、镀锡、镀镍等。由具体情况选用不同的镀层来保护需要被保护的金属。
当然不仅仅是电化学，比如热力学、动力学、表面物理化学......只要细心留意下生活，将会发现许多物理化学的应用。