本書全面介紹了電化學(xué)的基本原理, 詳細闡述了電化學(xué)的基礎(chǔ)理論。本書以能量轉(zhuǎn)移及電子動力學(xué)為出發(fā)點, 闡明了電化學(xué)反應(yīng)過程的化學(xué)變化方向和平衡, 詳細介紹了電能和電位對光電化學(xué)中反應(yīng)的影響機理, 解析了電子移動速度的活化能量, 也介紹了目前主要的電化學(xué)研究方法及表征手段, 能夠為讀者建立正確的電化學(xué)知識體系奠定基礎(chǔ)。
原著問世后，受到了廣大讀者的歡迎，達十多次重印，很多高校都選用本書作為“電化學(xué)原理”和“電化學(xué)基礎(chǔ)”課程的教材。目前，國內(nèi)關(guān)于電化學(xué)的系統(tǒng)性教材還比較少，本書可作為從事電化學(xué)和電分析化學(xué)領(lǐng)域研究和應(yīng)用人員的必備基礎(chǔ)書。本書內(nèi)容豐富，數(shù)據(jù)和理論新穎，結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹。書中包括大量的習(xí)題和實例，并附有較新的參考文獻，非常便于學(xué)習(xí)。
《電子移動的化學(xué)—電化學(xué)入門》譯自系列叢書《化學(xué)家的基礎(chǔ)課程》（日語）。本系列叢書由15卷組成，內(nèi)容涉及化學(xué)研究中的交叉性基礎(chǔ)知識。本書主要面向即將開始研究工作的本科生，及相關(guān)學(xué)科的研究生、工業(yè)界的研究人員和工程師以及大學(xué)和中學(xué)的化學(xué)教師等。本系列叢書有一個特點，即書作者盡量避免使用枯澀難懂的學(xué)術(shù)術(shù)語，目的是不在各領(lǐng)域和學(xué)科之間制造語言障礙。這點可以從《電子移動的化學(xué)—電化學(xué)入門》原書中窺見一斑，也是我們翻譯中重點關(guān)注的部分。但中譯本是否實現(xiàn)了這個目標(biāo)，就要看讀者的反饋了。
中譯本主譯張延榮博士/教授于2005—2007年在東京大學(xué)渡邊 正研究室進行為期2年的COE特別研究員工作，這本書中的大部分內(nèi)容實際上是那時候翻譯的，也得到了渡邊老師親自的答疑解惑。渡邊老師曾為東京大學(xué)教授、日本化學(xué)會副會長，是一位博學(xué)的學(xué)者。他從30歲左右開始撰寫、翻譯有關(guān)物理、化學(xué)、生物學(xué)等方面的書籍。在他60歲從東京大學(xué)退休之際，出版了超過150部有關(guān)專著。渡邊老師留給我印象*深的一件事是，因為從事環(huán)境領(lǐng)域的研究，他放棄了*喜歡的車輛駕駛，因為“一邊開著車（制造空氣污染）一邊談環(huán)境保護，樣子太丑”。
這本書目前在日本已再版30多次，是*暢銷的電化學(xué)參考書。除了電化學(xué)的基礎(chǔ)知識，有關(guān)光化學(xué)的知識也是本書的一個特點。渡邊老師喜歡以數(shù)字說事，其嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)理念也反映在了本書的內(nèi)容中，希望有助于讀者對電化學(xué)知識的準(zhǔn)確理解。
盡管歷時很久，在此期間不斷修正，但難免錯誤和不當(dāng)之處，敬請讀者諒解。
張延榮，女，現(xiàn)任華中科技大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院副院長。1990年畢業(yè)于天津大學(xué)精密儀器工程系分析儀器專業(yè)，1996年獲得蘭州大學(xué)化學(xué)系分析專業(yè)在職碩士學(xué)位，2000年以國家公派身份前往日本留學(xué)，2004年獲得日本宇都宮大學(xué)能源—環(huán)境化學(xué)專業(yè)的博士學(xué)位，2004年起擔(dān)任日本宇都宮大學(xué)官產(chǎn)學(xué)連攜研究員，2005年到2007年，被聘為東京大學(xué)生產(chǎn)技術(shù)研究所COE特別研究員，2007年歸國至今任教于華中科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院。目前主要從事環(huán)境功能材料、電催化、水污染控制化學(xué)（高級氧化）、儲能材料等的研究及應(yīng)用工作。
序章 忘記曾經(jīng)學(xué)過的電化學(xué)
第I部分 平衡論
第1章 能量和化學(xué)平衡
1.1 一切變化都伴隨有能量的轉(zhuǎn)換 /11
1.2 能量和單位 /12
1.2.1 SI單位 /12
1.2.2 能量和力 /13
1.3 物質(zhì)所具有的能量 /14
1.3.1 內(nèi)能和焓 /14
1.3.2 焓變(ΔH)與中學(xué)化學(xué)中的“反應(yīng)熱” /15
1.3.3-焓和摩爾吉布斯自由能 /16
1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)摩爾生成吉布斯自由能 /17
1.4 化學(xué)勢和平衡 /19
1.4.1 化學(xué)勢 /19
1.4.2 平衡條件質(zhì)量作用定律 /22
1.5 荷電物質(zhì)的能量 /23
1.5.1 電能 /23
1.5.2 電壓和電位 /23
1.5.3 能量單位--電子伏 /24
第2章 標(biāo)準(zhǔn)電極電位
2.1 所謂的標(biāo)準(zhǔn)電極 /27
2.1.1.電壓的分配 /27
2.1.2 參比電極 /29
2.1.3 使用參比電極的電位測定和控制 /29
2.1.4、參比申極的條件 /29
2.1.5 參比電極的類型 /30
2.1.6 三電極體系 /33
2.2 發(fā)生在電極表面的電子轉(zhuǎn)移 /34
2.2.1 金屬中的電子狀態(tài) /34
2.2.2 可作為工作電極的金屬 /35
2.2.3:電解液中的物質(zhì)能量狀態(tài) /37
2.2.4 發(fā)生在電極界面的電子轉(zhuǎn)移 /38
2.3 標(biāo)準(zhǔn)電極電位E /39
2.3.1 E”的定義 /39
2.3.2 平衡式和E的表達方式 /40
2.3.3 E"的稱呼 /40
2.4 標(biāo)準(zhǔn)電極電位的數(shù)據(jù) /41
2.4.1.氧化還原能力的極限 /41
2.4.2 金屬的還原能力 /41
2.4.3 化學(xué)反應(yīng)的自發(fā)方向 /46
2.4.4:電池的*大電動勢 /47
2.4.5 電解所需的*小電壓 /48
2.4.6 固體的溶度積 /49
2.5 如何確定標(biāo)準(zhǔn)電極電位 /50
2.5.1.精密測量 /50
2.5.2 通過熱力學(xué)數(shù)據(jù)計算得到 /51
2.5.3 理論與現(xiàn)實之差 /54
第3章 能斯特方程
3.1 電化學(xué)勢 /57
3.1.1 化學(xué)平衡的條件 /57
3.1.2 含有荷電物質(zhì)的平衡 /57
3.2 能斯特方程 /58
3.2.1 能斯特方程 /58
3.2.2 活度(濃度)影響電位的具體例子 /59
3.3 能斯特方程的應(yīng)用 /60
3.3.1 pH值的測定 /60
3.3.2 離子選擇電極 /63
3.3.3 確定E /64
3.3.4 電池的電動勢，電解所需的電壓 /65
3.3.5 物質(zhì)的電位-pH 值圖 /66
第4章 光和電化學(xué)
4.1 光是具有能量的粒子 /68
4.1.1 電磁波、光、光子 /68
4.1.2 用數(shù)字了解光 /69
4.2 光的吸收 /70
4.2.1 1個分子(原子)吸收1個光子 /70
4.2.2 基態(tài)和激發(fā)態(tài) /71
4.3 光激發(fā)和電子遷移 /72
4.3.1 激發(fā)狀態(tài) /72
4.3.2 光激發(fā)和氧化還原能力 /74
43.3 光電子遷移示例 /75
第5章 光合成--天然電化學(xué)過程
5.1 光合成概述 /80
5.1.1 生物史及光合成 /80
5.1.2 人類社會與光合成 /81
5.1.3 總碳循環(huán)及光合成 /82
5.1.4 地球總體光合作用的轉(zhuǎn)換效率 /82
5.2 光合作用的場所和反應(yīng) /82
5.2.1 葉綠體和細胞壁 /82
5.2.2 光反應(yīng) /83
5.2.3 暗反應(yīng) /84
5.3 光合作用的太陽能轉(zhuǎn)換效率 /84
5.3.1 光合作用初期的轉(zhuǎn)換效率 /85
5.3.2 總反應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率 /86
5.3.3 實際轉(zhuǎn)換效率 /87
5.3.4 轉(zhuǎn)換效率和有機物生產(chǎn) /87
第Ⅱ部分 動力學(xué)
第6章 化學(xué)反應(yīng)路徑
6.1 不考慮反應(yīng)速率 /92
6.1.1 不可思議的金剛石 /92
6.1.2 化學(xué)反應(yīng)及登山 /93
6.1.3 平衡論和動力學(xué) /93
6.2 能量 /94
6.2.1 反應(yīng)圖 /94
6.2.2 超越鞍點 /94
6.3 反應(yīng)坐標(biāo)及能量曲線 /97
6.3.1 反應(yīng)路徑的平面表示 /97
6.3.2 能量曲線形式 /97
6.3.3 活化狀態(tài)及活化能 /97
6.4 平衡狀態(tài)是平靜的暴風(fēng)雨 /98
6.4.1 平衡狀態(tài) /98
6.4.2 從能量圖看平衡 /98
6.5 能量壁壘與反應(yīng)速率 /99
第7章 電極反應(yīng)的路徑
7.1 發(fā)射到真空的電子 /101
7.1.1 熱電子發(fā)射 /101
7.1.2 電場作用下的電子發(fā)射 /101
7.2 金屬-溶質(zhì)分子間的電子移動(平衡狀態(tài)) /102
7.2.1 電子在溶液與真空中的不同 /102
7.2.2 溶液體系和電極體系的不同 /103
7.2.3 平衡體系和交換電流 /103
7.3 界面電子移動 /104
7.3.1 用能量曲線分析電極反應(yīng) /104
7.3.2 如果改變電極電位 /105
7.3.3 電極反應(yīng)速率和電流 /106
7.3.4 決定電流大小的因素 /106
7.3.5 電流和電位的關(guān)系，Bulter-Volmer 公式 /106
7.3.6 塔菲爾曲線 /108
7.3.7 過電位 /109
7.4 電子移動和物質(zhì)傳輸?shù)年P(guān)系 /110
7.4.1 電流的*大值 /110
7.4.2 物質(zhì)傳輸和電流 /110
7.4.3 擴散 /110
第8章 活化能
8.1 電子轉(zhuǎn)移的兩種形式 /113
8.1.1 “簡單”反應(yīng)與“高級”反應(yīng) /113
8.1.2 弱相互作用的電子移動過程 /113
8.1.3 強相互作用的電子移動 /114
8.1.4 溶液中的電子移動 /115
8.2 分子中的電子能量 /116
8.2.1 運動的電子和靜止的原子核 /116
8.2.2 變寬的電子能級 /117
8.3 活化能 /119
8.3.1 分子相互靠近 /119
8.3.2 能量一致 /120
83.3 形成活化狀態(tài) /120
8.3.4:分子的有效碰撞概率 /121
8.3.5 電子的隧道效應(yīng) /122
8.3.6 分子間電子移動的模型 /123
8.3.7 電子反應(yīng)模型 /123
8.4 重組能 /124
8.4.1 假設(shè)只是電子運動 /124
8.4.2 重組能 /125
8.4.3 重組能的估算 /125
8.5 電子移動速率的估算 /127
8.5.1 活化能與重組能的關(guān)系 /127
8.5.2 活化能和 ΔG的關(guān)系 /128
8.5.3 與Butler-Volmer 公式的關(guān)聯(lián) /128
8.5.4:與實驗結(jié)果的比較 /128
8.5.5 交換電流密度的預(yù)測 /130
8.6 電極的電子轉(zhuǎn)移圖 /131
8.6.1 電極電子能量狀態(tài) /131
8.6.2，氧化還原分子的狀態(tài)密度 /131
8.6.3 電流 /132
8.6.4 平衡狀態(tài) /133
8.6.5 偏離平衡電位 /133
8.6.6 如果電子轉(zhuǎn)移持續(xù)進行 /133
8.7 單電子轉(zhuǎn)移反應(yīng) /135
第9章 分子及離子的傳輸
9.1 物質(zhì)的傳輸 /138
9.1.1 電極反應(yīng)進行時 /138
9.1.2 擴散 /138
9.1.3 擴散方程 /139
9.2 用肉眼觀察濃度分布 /141
9.2.1 光的干涉 /141
9.2.2 觀測例 /142
9.3 電流的大小電物質(zhì)傳質(zhì)速率決定 /143
9.3.1 電極表面濃度為零 /143
9.3.2 由擴散控制的電流 /143
9.3.3 電流和時間的關(guān)系 /144
9.3.4 施加電壓于電極后 /145
9.4 循環(huán)伏安法 /146
9.4.1 電位掃描 /146
9.4.2 電流-電位曲線--循環(huán)伏安圖 /147
9.4.3 循環(huán)伏安圖 /147
9.4.4 不可逆反應(yīng)的循環(huán)伏安圖 /149
第 10章 表面反應(yīng)的世界
10.1 固定在電極表面的分子的電極反應(yīng) /150
10.1.1 電解電流的大小 /150
10.1.2申極表面單分子層的循環(huán)伏安圖 /151
10.2 水的分解:氫氣和氫氣的生成 /152
10.2.1 氫氣的生成 /152
10.2.2 電極材料決定反應(yīng)速率 /153
10.2.3 水和重水的差別 /154
10.2.4氧氣的生成 /154
10.3 金屬的欠電位沉積 /155
10.3.1 過早發(fā)生的反應(yīng) /155
10.3.2 欠電位還原發(fā)生的條件 /155
10.3.3 形成單原子層的電量 /156
10.4 有節(jié)奏的電極反應(yīng) /156
10.4.1 電位振蕩現(xiàn)象 /156
10.4.2 甲醛的氧化路徑 /157
10.4.3 電位振蕩的原因 /158
10.5 探測電極表面 /158
10.5.1 對表面原子構(gòu)造敏感的反應(yīng) /158
10.5.2 用激光探測電極表面 /159
10.5.3 掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡技術(shù) /159
10.5.4 展望 /159
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