Введение в электрохимию

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
Казанский национальный исследовательский 
технологический университет 
 
 
 
 
 
 
 
Н. Б. Березин, Ж. В. Межевич  
 
 
ВВЕДЕНИЕ  
В ЭЛЕКТРОХИМИЮ 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Казань 
Издательство КНИТУ 
2023 
 

 
УДК 541.13(075) 
ББК Г57я7 
 
Б48 
 
Печатается по решению редакционно-издательского совета  
Казанского национального исследовательского технологического университета 
 
Рецензенты: 
д-р хим. наук, проф. Д. Г. Яхваров  
канд. хим. наук, проф. С. И. Гильманшина 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Б48 
Березин Н. Б. 
Введение в электрохимию : учебное пособие / Н. Б. Березин,  
Ж. В. Межевич; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол.  
ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2023. – 92 с. 
 
ISBN 978-5-7882-3370-3 
 
Рассмотрены исторические аспекты и перспективы развития электрохимии. 
Изложены теоретические основы современной электрохимии, рассмотрены важнейшие теоретические представления и области применения электрохимических 
процессов (химические источники тока, гальванопластика) и явлений (электрофорез, электроосмос). 
Предназначено для бакалавров направления «Химическая технология» (профиль «Технология электрохимических производств»), изучающих дисциплины 
«Введение в специальность», «Термодинамика и кинетика коррозионных процессов» и «Теоретическая электрохимия». 
Подготовлено на кафедре технологии электрохимических производств. 
 
 
УДК 541.13(075) 
ББК Г57я7 
 
ISBN 978-5-7882-3370-3 
© Березин Н. Б., Межевич Ж. В., 2023 
 
© Казанский национальный исследовательский 
технологический университет, 2023 
 

С О Д Е Р Ж А Н И Е  
ВВЕДЕНИЕ 
.................................................................................................................... 5 
1. ИЗ ИСТОРИИ РАЗВИТИЯ ЭЛЕКТРОХИМИИ .................................................... 6 
2. ПРОШЛОЕ И НАСТОЯЩЕЕ ЭЛЕКТРОХИМИИ 
И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ В КАЗАНИ 
............................... 14 
3. ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОХИМИИ. ТЕРМИНЫ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, ОБЛАСТИ 
ПРИМЕНЕНИЯ ........................................................................................................... 17 
4. ЭЛЕКТРОДНЫЕ ПОТЕНЦИАЛЫ 
........................................................................ 21 
4.1. Стандартный водородный электрод .......................................................... 23 
4.2. Стандартный электродный потенциал 
....................................................... 24 
4.3. Гальванический элемент ............................................................................. 26 
4.4. Электрохимический ряд электродных потенциалов ................................ 30 
4.5. Водородный электрод и рН электролита 
................................................... 32 
5. ЗАКОНЫ ФАРАДЕЯ .............................................................................................. 35 
6. ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ДИССОЦИАЦИИ 
..................................... 40 
6.1. Факторы, влияющие на степень диссоциации .......................................... 41 
6.2. Доказательства в пользу ионной теории Аррениуса 
................................ 41 
7. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ РАСТВОРОВ........................................................... 45 
8. ЭЛЕКТРОКИНЕТИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ 
............................................................. 47 
9. ЭЛЕКТРОЛИЗ ......................................................................................................... 49 
10. ГАЛЬВАНОТЕХНИКА ........................................................................................ 57 
11. КОРРОЗИЯ И ЗАЩИТА МЕТАЛЛОВ 
............................................................... 63 
12. АДДИТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ........................................................................ 67 
12.1. Классификация аддитивных технологий 
................................................. 70 
12.2. Требования к порошковым материалам .................................................. 73 
13. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ИНФОРМАЦИИ. 
ХЕМОТРОНЫ ............................................................................................................. 76 
14. ХИМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ТОКА ............................................................... 78 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ........................................................................................................... 90 
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 91
3 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
Будущим электрохимикам посвящается 
 

В В Е Д Е Н И Е  
Электрохимия является удивительной наукой, присущие ей процессы и явления наблюдаются во всех формах живой и неживой природы, к которой относится и сам человек. В то же время электрохимия 
является одним из разделов химии, вернее, это часть химической физики и физической химии, и именно она определяет развитие техники 
и современного производства. От развития электрохимической науки, 
ее успехов в значительной степени зависит прогресс в самых разнообразных отраслях промышленности и других смежных науках. Ведь с ее 
помощью получают электрическую энергию, неорганические и органические вещества, металлы и сплавы, очищают и обеззараживают воду, 
почву, защищают от коррозии металлические конструкции, разрабатывают преобразователи информации и др.     
О значимости («всюдности») электрохимии писал в свое время 
выдающийся ученый, академик, член  Императорской Академии наук 
в Санкт-Петербурге Владимир Иванович Вернадский. Как свидетельство значения электрохимической науки можно также привести слова 
выдающегося ученого, академика, основателя Института электрохимии 
Академии наук СССР Александра Наумовича Фрумкина, который, выступая на XI Менделеевском съезде (1975), первоначальное название 
своего доклада «Некоторые проблемы электрохимии» заменил на 
«Слово о пользе электрохимии». Известный электрохимик, академик 
Яков Михайлович Колотыркин говорил: «Максимум пользы, минимум 
вреда – таков девиз современной электрохимии, широко открывающей 
ей двери в промышленность, быт, здравоохранение».  
В наши дни на стыке электрохимии с нанотехнологией, электроникой, биологией, фотохимией, геохимией появились такие самостоятельные науки, как наноэлектрохимия, хемотроника, биоэлектрохимия, фотоэлектрохимия, геоэлектрохимия. Например, в стоматологии лечение 
и протезирование зубов производятся с учетом явлений электрохимии, 
а физиотерапевт применяет для лечения электрофорез – электрокинетическое явление, в основе которого лежит электрохимический принцип. 
Задача данного издания как раз и заключается в том, чтобы показать всепроникающий и междисциплинарный характер электрохимии, 
ее универсальность и возможности ее использования в ходе изучения 
соответствующего элективного курса. Это сделано для того, чтобы пробудить у обучающихся энтузиазм и интерес к последним увлекательным и поражающим воображение достижениям в данной области.  
5 

.  И З  И С Т О Р И И  Р А З В И Т И Я  Э Л Е К Т Р О Х И М И И  
Михаил Васильевич Ломоносов (1711–1765) – выдающийся ученый-энциклопедист, первый русский 
академик. Как было свойственно ученым того времени, он был разносторонним исследователем и способствовал развитию отечественных наук 
и образования в Российской империи. 
Именно благодаря ему и его плодотворной научной и общественной деятельности стало возможным открытие 
в 1755 г. в Москве первого российского университета. 
Ломоносов вошел в историю 
науки и как один из первых ученых-химиков. Так, известный американский ученый С. Глесстон (автор книги «Введение в электрохимию») 
считал его основоположником физической химии, составной частью 
которой является электрохимия. Возникает закономерный вопрос: как 
же связан Ломоносов с электрохимией? Ведь хотя ему и принадлежит 
известное высказывание о том, что «без химии путь к познанию истинной причины электричества закрыт», о каком электричестве можно 
было вести речь в те годы, когда не существовало еще источников электрической энергии? Оказывается, многих 
ученых XVIII в. интересовал вопрос природного электричества – молний, которые 
возникают во время грозы. Ломоносов 
много занимался этой областью науки, пытаясь найти первопричину этих явлений, 
определить сущность природы электричества, в том числе и экспериментально.  
Иоганн Вильгельм Риттер (1776–
1810) – немецкий химик и  физик.  
Говоря о Риттере, позволим себе небольшое отступление. Поскольку данное 
пособие посвящено начинающим электрохимикам, следует подчеркнуть одну отли6 

чительную черту характера настоящего ученого – это стремление осуществить свои самые смелые, порой кажущиеся просто фантастическими идеи. Ведь если даже на сегодняшний день данную идею ученого 
невозможно доказать или подтвердить (например, в связи с отсутствием 
необходимой приборной базы или по другим причинам), то эта оригинальная, свежая мысль останется для будущих поколений и может 
в дальнейшем способствовать развитию определенной области знаний. 
Риттер как раз и был таким ученым с поистине безудержной фантазией. Еще в конце XVIII в. он указал на существование связи между 
химическими и электрическими явлениями. В 1800 г. он обнаружил 
возможность получения электрохимического покрытия. Этот немецкий 
ученый впервые получил водород и кислород путем электролиза воды, 
а в 1803 г. фактически создал химический источник тока. Считается, 
что именно Риттер своими опытами заложил основы такой науки, как 
электрохимия. 
Луиджи Гальвани (1737–1798) – итальянский ученый, физик, 
физиолог и врач, который уже в 26 лет стал профессором Болонского 
университета. Также его считают одним 
из основоположников электрофизиологии и учения об электричестве. 
Шагом в развитии электрохимии 
послужили опыты Гальвани с препарированными лягушками. Ученые тех лет стремились к познанию природы электрических явлений. В то время различали несколько видов электричества: полученное 
от искрящей электрической машины; атмосферное (возникающее во время грозы); 
биологическое (находящееся в живых организмах). Однажды, препарируя лягушек 
металлическим скальпелем и находясь поблизости от искрящей электрической машины, исследователь заметил сокращение мышц. У Гальвани не было 
сомнений в том, что это сокращение связано с разрядом данной машины. Он также решил проверить, вызывает ли сокращение мышц атмосферное электричество. С этой целью, дождавшись грозы, ученый закрепил препарированных лягушек за медный крючок и подвесил к железным перилам балкона. Гроза была еще очень далеко, но при наличии 
7 

ветра одно лишь касание лягушки о железные перила балкона приводило к подрагиванию ее мышц. 
Размышляя над результатами своих опытов, Гальвани решил, что 
в мышцах лягушек имеется собственное «животное электричество». Результаты своих исследований ученый обобщил в «Трактате о силах 
электричества при мышечном движении» (1791), однако истинную причину сокращения мышц у своих подопытных он так и не разгадал. 
В настоящее время нам понятна причина сокращения мышц у лягушек, 
а проблемы с биоэлектричеством, передачей электрических сигналов 
в живых организмах изучаются исследователями до сих пор. 
Алессандро Джузеппе Антонио Анастасио Вольта (1745–
1827) – итальянский физик, химик и физиолог, один из основателей 
учения об электричестве. 
Анализируя опыты Луиджи Гальвани с «животным электричеством», Вольта пришел к выводу, что эти явления связаны с наличием 
замкнутой цепи из двух различных по 
природе металлов и жидкости. Исследователь 
провел 
многочисленные 
опыты с различными парами электродов и пришел к выводу о возникновении электричества при контакте различных металлов. Он обратил внимание, что мышцы лягушки сокращаются 
особенно сильно, если их коснуться одновременно 
медью 
и 
железом. 
В 1796 г. он представил свою теорию, 
которая объясняла опыты Л. Гальвани.  
В 1800 г. Вольта на основе анализа исследований создал источник 
электрического тока, известный в настоящее время как вольтов столб. Построенный им источник электрического тока достаточно большого для того времени напряжения состоял из серебряных (медных) и цинковых пластин, между которыми 
находилась ткань, пропитанная соленой водой. Вольтов столб применялся в медицине, химии и даже криминалистике. С помощью него 
исследователи получили возможность проводить интересные эксперименты в области электрохимии. 
 
8 

Василий Владимирович Петров (1761–1834) – академик Петербургской академии наук, физик, основоположник электротехники. В 1802 г. 
он создал большой химический источник тока с напряжением в 1700 вольт, 
изготовленный из 4200 медных и цинковых пластин, суммарная длина которого составляла 12 м. Это способствовало развитию электрохимического 
способа получения различных веществ. Выяснилось, что действие химического источника тока основано на 
химических процессах между металлами и электролитом. Были проведены интересные исследования по 
электролизу оксидов ртути, свинца, олова, органических соединений 
и воды. Открытие академиком Петровым явления электролиза позволяет считать его предшественником работ Гемфри Дэви и Майкла Фарадея в области электрохимии. Выдающимся достижением ученого 
считается также открытие явления электрической дуги и возможности 
ее использования для сварки металлов и освещения.  
Интересно отметить и такой 
факт: 
лекции 
академика 
Петрова 
обычно сопровождались демонстрацией приборов и опытов, что было 
весьма неудобно, ведь занятия продолжались только 1 ч. Поэтому ученый 
убедил своих коллег сделать занятия 
двухчасовыми, и с тех пор в высших 
учебных заведениях лекции и лабораторные работы имеют именно такую 
продолжительность. 
Гемфри Дэви (1778–1829) – британский химик, физик и геолог, один из 
основоположников электрохимии. 
В 1799 г. Дэви проводил опыты 
с закисью азота N2O и был удивлен тем, 
как в процессе работы это вещество заставило его смеяться. Впоследствии он прозвал оксид азота «веселящим газом», указав на его анесте9 

зирующие свойства, способствующие облегчению боли, особенно во 
время хирургических операций. Позднее путем электролиза расплавов 
Дэви получил калий, натрий, барий и кальций (1807), год спустя – 
амальгаму стронция и магния, а в 1818 г. – литий. Ученый пытался получить и фтор, но не достиг желаемого, более того, он еще и серьезно 
отравился, работая с фторсодержащими веществами.  
Получение щелочных металлов в свободном виде электролизом 
расплавов можно считать одним из величайших научных достижений 
начала XIX в. В настоящее время этот метод используется для получения легких и редких металлов, фтора, а также для разделения изотопов. 
Электролиз расплавов является наиболее энергоемкой областью электрохимической технологии. 
Майкл Фарадей (1791–1867) – английский физик и химик, который внес значительный вклад в развитие электрохимической науки. 
Он впервые ввел такие понятия, как «электролит», «электрод», «электролиз», «анод», 
«катод», «ион», «анион» и «катион», которые используются учеными до настоящего 
времени.  
Фарадей считал электролитами вещества, которые в воде распадаются (современный термин – «диссоциируют») на отрицательно и положительно заряженные 
ионы. Однако он полагал, что такой распад 
возможен только под влиянием электрического тока. Много позже С. Аррениус показал, что диссоциация происходит и без действия электрического тока, однако причины 
такого процесса были не доказаны. Так что 
Фарадей частично был прав: слабые электролиты в электрическом поле 
высокого напряжения действительно дополнительно могут диссоциировать на ионы. 
При проведении электролиза Фарадей обнаружил два процесса: 
прохождение электрического тока через электролит и разложение электролита. Результатом проведенных им исследований стал первый закон 
электролиза (в настоящее время – закон Фарадея), который показывает, 
что количество прореагировавшего вещества пропорционально количеству прошедшего электричества, независимо от условий эксперимента. 
10