Basic Principles of Electrochemistry

Abstract

Το αντικείμενο του συγγράμματος είναι η παρουσίαση των βασικών αρχών της Ηλεκτροχημείας, με αναλυτικά τεκμηριωμένο τρόπο, δίνοντας έμφαση στις ιδιότητες των ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων και της κινητικής των ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Το σύγγραμμα αποτελείται από έξι κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο εισάγει τον αναγνώστη στην έννοια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης, στον ρόλο των ηλεκτροδίων και του ηλεκτρολυτικού διαλύματος, στα βασικά είδη ηλεκτροχημικών συστημάτων και στους βασικούς νόμους και αρχές της ηλεκτροχημείας. Τα συνήθη ηλεκτροχημικά συστήματα καθορίζονται από τις ιδιότητες του ηλεκτρολυτικού διαλύματος, καθώς και από τις ιδιότητες της διεπιφάνειας που σχηματίζεται μεταξύ των ηλεκτροδίων και του διαλύματος. Για τον λόγο αυτό, στα Κεφάλαια 2 και 3 θα παρουσιάζονται οι ιδιότητες των ηλεκτρολυτικών διαλυμάτων, εντός και εκτός ισορροπίας, αντίστοιχα. Ειδικότερα, στο Κεφάλαιο 2 ο αναγνώστης εισάγεται στα φαινόμενα των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων μεταξύ ιόντων και στην έννοια του ηλεκτροχημικού δυναμικού, της ενεργότητας και του συντελεστή ενεργότητας. Στο Κεφάλαιο 3, παρουσιάζονται τα φαινόμενα που παρατηρούνται στο ηλεκτρολυτικό διάλυμα εκτός ισορροπίας, και ειδικότερα η κίνηση των ιόντων υπό την επίδραση ηλεκτρικού πεδίου (ηλεκτρομεταφορά, αγωγιμότητα κλπ.), και η κίνηση λόγω βαθμίδας συγκέντρωσης (διάχυση). Στα Κεφάλαια 4 και 5 παρουσιάζονται οι ιδιότητες της ηλεκτροχημικής διεπιφάνειας στην ισορροπία. Στο Κεφάλαιο 4 γίνεται περιγραφή της ηλεκτροχημικής διεπιφάνειας με έμφαση στα ιδανικά πολούμενα ηλεκτρόδια και αναλύονται τα κυριότερα μοντέλα της δομής της. Στο Κεφάλαιο 5 ο αναγνώστης εισάγεται στην έννοια του δυναμικού του ηλεκτροδίου, του τρόπου μέτρησής του και των διαφορετικών ειδών ηλεκτροδίων και συστημάτων. Τέλος, στο Κεφάλαιο 6 παρουσιάζονται οι βασικές αρχές της ηλεκτροχημικής κινητικής, η εξάρτηση της ταχύτητας από το δυναμικό του ηλεκτροδίου και ο ρόλος της διάχυσης. Κάθε κεφάλαιο περιλαμβάνει αντιπροσωπευτικές ασκήσεις.

The subject of this textbook is the presentation of the basic principles of electrochemistry, in an analytically documented way, with emphasis on the properties of electrolytic solutions and the kinetics of electrochemical reactions. The text consists of six chapters. The first chapter introduces the reader to the concept of electrochemical reaction, the role of electrodes and electrolytic solution, the basic types of electrochemical systems and the basic laws and principles of electrochemistry. Common electrochemical systems are determined by the properties of the electrolytic solution, as well as by the properties of the interface formed between the electrodes and the solution. For this reason, Chapters 2 and 3 will present the properties of electrolytic solutions, in and out of equilibrium, respectively. In particular, in Chapter 2 the reader is introduced to the phenomena of electrical interactions between ions and the concept of electrochemical potential, energy and activity coefficient. In Chapter 3, the phenomena observed in the electrolytic solution out of equilibrium are presented, in particular the motion of ions under the influence of an electric field (electrotransfer, conduction, etc.), and the motion due to concentration gradient (diffusion). Chapters 4 and 5 present the properties of the electrochemical interface at equilibrium. Chapter 4 describes the electrochemical interface with emphasis on ideal flowing electrodes and discusses the main models of its structure. In Chapter 5 the reader is introduced to the concept of electrode potential, how it is measured and the different types of electrodes and systems. Finally, Chapter 6 presents the basic principles of electrochemical kinetics, the dependence of velocity on electrode potential and the role of diffusion. Each chapter includes representative exercises.