Книга рассчитана на преподавателей, аспирантов и студентов старших курсов химических и химико-технологических вузов. Она будет полезна также специалистам в области биофизики, медицины, физической химии.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В представительном ряду отечественной и переводной литературы по электрохимии, в который входят превосходные учебные пособия, фундаментальные труды общего характера, специальные монографии, посвященные теоретическим и прикладным вопросам, предлагаемая вниманию читателя книга Дж. Ньюмена «Электрохимические системы» займет особое место. Фактическое содержание этой книги значительно шире ее названия, поскольку в ней изложены как теоретические основы прикладной электрохимии, так и принципы расчета конкретных систем. Высокий теоретический уровень и глубина анализа, которые сочетаются с ясностью изложения, делают книгу интересной не только для специалистов по электрохимической технологии, но и для более широкого круга физикохимиков. Привлекательной особенностью книги является то, что автор, поступясь профессиональным снобизмом, обсуждает вопросы, которые неизбежно возникают у каждого студента, но никогда не выходят на страницы солидных руководств. Опасность такой практики состоит в том, что на смену пониманию иногда приходит магия научных терминов. Поэтому будут безусловно полезными разделы книги, где, например, проанализирован вопрос о связи между внутренним и электростатическим потенциалами (гл. 3) или обсуждаются механизм протекания электрического тока в ячейке с перемешиваемым раствором (гл. 19) и концентрационное'перенапряжение (гл. 20).
Можно сказать, что книга Дж. Ньюмена имеет «спиральную» структуру. По ходу изложения автор возвращается к уже обсуждавшимся вопросам, подвергая их более глубокому анализу. Во введении дано сжатое изложение основных явлений, протекающих в электролитической ячейке. Последующие три части посвящены электрохимической термодинамике (часть А), электрохимической кинетике и поверхностным явлениям (часть Б) и процессам переноса (часть В). Они составляют ту электрохимическую основу, на которой строится изложение в части Г, где изучаются распределение тока и массоперенос в различных системах. Индуктивная схема изложения, принятая автором, имеет на наш взгляд некоторые недостатки. Так, вопросы
СОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ .......................... 5
ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА ............ ......... 8
Глава 1. ВВЕДЕНИЕ . . . .............. ....... 11
1. Термодинамика, кинетика электродных процессов и процессы переноса .... ................. 11
2. Вращающиеся цилиндры ................ 12
3. Прохождение тока в электролитах .... ....... 13
4. Течение жидкости .................... 16
5. Диффузионный слой ................. •. . 19
6. Концентрационные ячейки ................ 22
7. Концентрационное перенапряжение ........... 23
8. Поверхностное перенапряжение ............. 27
9. Потенциал ячейки ................... 30
10. Фоновый электролит .................. 31
11. Свободная конвекция ..... v ............ 34
Список обозначений ................... 35
ЧАСТЬ А. ТЕРМОДИНАМИКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ЯЧЕЕК . . 36
Глава 2. ТЕРМОДИНАМИКА НА ЯЗЫКЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ
ПОТЕНЦИАЛОВ ..................... 38
12. Равновесие фаз ' ..................... 38
13. Химический и электрохимический потенциалы ...... 40
14. Определение некоторых термодинамических функций ... 43
15. Ячейка с раствором однородной концентрации .'.... 50
16. Процессы переноса в областях контакта ......... 53
17. Ячейка с одним электролитом переменной концентрации 55
18. Ячейка с двумя электролитами, концентрация одного из ', которых почти однородна ........... ..... 60
19. Ячейка с двумя электролитами переменной концентрации 64
20. Стандартный потенциал ячейки и коэффициенты активности ........... .............. 66
21. Зависимость коэффициентов активности от давления ...... 7*
Задачи ......................... ™
Список обозначений ................... i
Список литературы Глава 3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ
22. Электростатический потенциал ............. • *
23. Межмолекулярные силы ................. И
24. Внешний и внутренний потенциалы ........... Ц5
25. Потенциалы электродов сравнения ...........
26. Электрический потенциал в термодинамике....... 90
Список обозначений................... ЦЗ
Список литературы................... ""*
Глава 4. КОЭФФИЦИЕНТЫ АКТИВНОСТИ.............. 95
27. Распределение ионов в разбавленных растворах..... 95
28. Электрический вклад в свободную энергию....... 98
29. Недостатки модели Дебая—Хюккеля.......... ЮЗ
30. Растворы бинарных электролитов............ 107
31. Многокомпонентные растворы.............. Ш
32. Измерение коэффициентов активности........_*_ . 114
33. Слабые электролиты .................. 117
Задачи . . •....................... 120
Список обозначений ................... 124
Список литературы................... 126
Глава 5. ЭЛЕКТРОДЫ СРАВНЕНИЯ................ 128
34. Критерии выбора электродов сравнения......... 128
35. Экспериментальные факторы, влияющие на выбор электродов сравнения..................... 131
36. Водородный электрод.................. 132
37. Каломельный электрод и другие электроды типа ртуть—
соль ртути ....................... 136
38. Окиснортутный электрод ................ 139
39. Электроды типа серебро—галогенид серебра....... 139
40. Потенциалы относительно данного электрода сравнения 142
Список обозначений ................... 146
Список литературы................... 147
Глава 6. ПОТЕНЦИАЛЫ ЯЧЕЕК с ПЕРЕНОСОМ........... 148
41. Уравнение Нернста................... 148
42. Типы жидкостных соединений.............. 149
43. Формулы для потенциалов жидкостных соединений . . . 150
44. Определение концентрационных профилей........ 152
45. Численные результаты ................. 153
46. Ячейки с жидкостным соединением........... 159
47. Поправки к уравнению Нернста............. 160
48. Мембранные потенциалы ................ 163
Список обозначений ................... 163
Список литературы.................... 164
ЧАСТЬ Б. КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ И ДРУГИЕ
ПОВЕРХНОСТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ............. 165
Глава 7. СТРОЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО двойного слоя...... 166
49. Качественное описание двойных слоев......... 166
50. Изотерма адсорбции Гиббса............... 171
51. Уравнение Липпмана.................. 175
52. Диффузная часть двойного слоя........... . 184
53. Емкость двойного слоя в отсутствие специфической адсорбции .......................... 187
54. Специфическая адсорбция на границе раздела электрод—
раствор........................ 189
Задачи "......................... 189
Список обозначений ................... 191
Список литературы................... 192
Глава 8. КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОДНЫХ ПРОЦЕССОВ.......... 193
55. Гетерогенные электродные реакции........... 193
56. Зависимость плотности тока от поверхностного перенапряжения....................... 194
57. Модели в кинетике электродных процессов....... 197
58. Влияние строения двойного слоя............. 205
59. Кислородный электрод ................. 208
60. Методы измерения................... 209
61. Одновременно протекающие реакции.......... 211
Задачи ......................... 214
Список обозначений.................' . . 215
Список литературы................... 216
Глава 9. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ ........... 217
62. Разрывная скорость на границе раздела......... 217
63. Электроосмос и потенциал течения........... 220
64. Электрофорез ..................... 230
65. Потенциал осаждения ................. 232
Задачи ......................... 233
Список обозначений ...... ............. 235
Список" литературы................... 236
Глава 10. ЭЛЕКТРОКАПИЛЛЯРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ............ 237
66. Динамика границы раздела...........'. . . . 237
67. Электрокапиллярное движение ртутных капель ..... 238
68. Потенциалы осаждения для падающих ртутных капель 240
Список обозначений................." . . 241
Список литературы................... 242
ЧАСТЬ В. ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В РАСТВОРАХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ........................... 243
Глава 11. БЕСКОНЕЧНО РАЗБАВЛЕННЫЕ РАСТВОРЫ . . ....... 245
69. Законы переноса.................... 245
70. Проводимость, диффузионные потенциалы и числа переноса .......................... 249
71. Сохранение заряда............,....... 250
72. Бинарный электролит.................. 251
73. Фоновый электролит .................. 254
74. Многокомпонентная диффузия, возникающая при исключении электрического поля............... 257:
75. Подвижности и коэффициенты диффузии......\ . 258'
76. Электронейтральность и уравнение Лапласа ....... 261,
77. Умеренно разбавленные растворы............. 2В*
Задачи......................... 267
Список обозначений................... -j*'
Список литературы................... *~
Глава 12. КОНЦЕНТРИРОВАННЫЕ РАСТВОРЫ
78. Законы переноса
79. Бинарный электролит
v. in
. j <с _. . о*тл
81. Потенциал ................... .... 274
82. Связь с теорией разбавленных растворов ........ ^7о
83. Многокомпонентный транспорт ............. 277
84. Потенциалы жидкостного соединения .......... 280
Задачи ......................... 281
Список обозначений ................... 283
Список литературы ................... 284
Глава 13. ТЕПЛОВЫЕ ЭФФЕКТЫ . . . .......... ..... 285
85. Термодиффузия ............ ......... 285
86. Выделение и перенос тепла ............... 287
87. Тепловыделение на границе раздела фаз ......... 290
88. Термогальванические ячейки ... ............ 292
Задачи ....... .................. 294
Список обозначений ...... ............. 295
Список литературы ................... 297
Глава 14. ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕНОСА ............ . . 298
89. Бесконечно разбавленные растворы ........... 298
90. Растворы, содержащие одну соль ............ 298
91. Многокомпонентные растворы .............. 302
92. Интегральные коэффициенты диффузии ......... 303
Задача ...... ....... . ..... , ...... 305
Список обозначений . .................. 306
Список литературы ................... 306
Глава 15. МЕХАНИКА жидких СРЕД ........... ..... 308
93. Баланс массы и импульса ................ 308
94. Напряжение в ньютоновской жидкости . . ....... 309
95. Граничные условия ......... . ........ 310
96. Течение жидкости к вращающемуся диску ........ 312
97. Величины электрических сил .............. 315
98. Турбулентное течение .................. 319
99. Массоперенос в турбулентном потоке .......... 325
Задача ............ ............. 327
Список обозначений ...... ............. 328
Список литературы ................... 330
ЧАСТЬ Г. РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА И МАССОПЕРЕНОС В ЭЛЕК-
ТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ ............. 331
Список литературы .................. 333
Глава 16. ОСНОВНЫЕ УРАВНЕНИЯ ....... .......... 335
100. Перенос в разбавленных растворах ........... 335
101. Кинетика электродных процессов ............ 336
Список обозначений ...... ............. 337
Глава 17. ЗАДАЧИ КОНВЕКТИВНОЙ ДИФФУЗИИ . ......... 339
102. Упрощенное описание конвективной диффузии ...... 339
103. Впатаюпгайся яигк ЯЛП
104. Задача Граца......................- 344
105. Кольцевой зазор .................... 349
106. Двумерные диффузионные слои при вынужденной ламинарной конвекции.................... 354
107. Осесимметричные диффузионные слои при вынужденной ламинарной конвекции.................. 356
108. Плоская пластина в свободном потоке.......... 357
109. Вращающиеся цилиндры................. 358
110. Растущие ртутные капли ...".'............ 360
111. Свободная конвекция.................. 360
112. Наложение свободной и вынужденной конвекции..... 363
113. Ограничения за счет поверхностных реакций....... 364
114. Бинарные и концентрированные растворы........ 365
Задачи ......................... 368
Список обозначений ...... ............. 371
Список литературы................... 373
Глава 18. ПРИЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ ПОТЕНЦИАЛА........... 375
115. Упрощения в задачах- теории потенциала......... 375
116. Первичное распределение тока.............. 376
117. Вторичное распределение тока.............. 380
118. Численное решение методом конечных разностей..... 385
Список обозначений................... 386,
Список литературы................... 387
Глава 19. ВЛИЯНИЕ МИГРАЦИИ НА ПРЕДЕЛЬНЫЕ токи...... 388
119. Решение задачи..................... 389
120. Поправочный множитель в случае предельных токов . . 392 .121. Изменение концентрации фонового электролита..... 394
122. Роль ионов бисульфата................. 400
123. Парадоксы с фоновым электролитом.......... 405
124. Предельные токи в случае свободной конвекции ..... 407
Задачи.......................... 413
Список обозначений................... 414:
Список литературу................... 415
Глава 20. КОНЦЕНТРАЦИОННОЕ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЕ ......... 416
125. Определение ...................... 416
126. Бинарный электролит.................. 41%
127. Фоновый электролит................... 420?
128. Численные расчеты................... «№•
Задачи ......................... *22
Список обозначений .................. . +23
Список литературы................... 423
Глава 21. ДОПРЕДЕЛЬНЫЕ токи................. |24)
129. Объем раствора.....................
130. Диффузионные слои...................
131. Граничные условия и метод решения.......... 429,
132. Результаты для вращающегося диска..........
Задачи......•...................
Список обозначений ...................
Список литератур
Цена: 150руб.
