电化学和电解

关系科学:研究之间关系的科学电化学变化被称为电化学。许多自行发生的化学反应会释放电能，其中一些反应是化学反应的基础电池而且燃料电池提供电力。相反，电流也能引起自身不会发生的化学反应。这一方法的主要应用是将较复杂的化合物分解为较简单的化合物或将化合物分解为它们的元素。这是在一种叫做电解的过程中完成的，并在一种叫做电解池的设备中完成。电解这个名字来自希腊单词，意思是“通过电松动”。

利用电流产生化学变化是科学和工业的有力辅助。在某些情况下，这是快速、廉价、无杂质地从矿石中获取金属的唯一方法。许多气体、盐和其他产品也是这样产生的。在一种叫做电镀的变化中，电解可以在物体上以微观精度从溶液中沉积金属薄膜。

一个典型的电解槽由两个固体导体彼此分开放置在一个液体容器中组成。导电体通常是金属棒、金属板或石墨，称为电极。它们通过电线连接到电池或其他直流电源的端子上。与负极相连的电极称为阴极;与正极相连的电极是阳极。浸没电极的液体必须是或必须含有导电物质。这种导电物质称为电解质。某些液体，如熔融的氯化钠(加热至熔点以上的普通盐)，本身就是良导体。其他的，如纯水，是不良导体，必须有电解质溶解在其中。在许多电解液溶于水的电解槽中，发生化学变化的是电解液。 Under proper conditions, however, water itself can also be electrolyzed, during which it becomes chemically dissociated into its elements, hydrogen and oxygen.

最常见的电解槽含有含有溶解电解质的水。水的化学中性使它能溶解酸、碱和盐，这些都是我们最熟悉的电解质。看到酸碱)．此外，水作为溶剂使用通常不会产生很大的热量或其他剧烈的反应。

电解质通过解离在水中溶解——也就是说，物质分解成带电的组成粒子，即离子。离子可以将电荷从一个地方传输到另一个地方，正是溶液中这些离子的存在使水更具导电性。带负电荷的离子称为阴离子，因为在电解槽中，阴离子被吸引到带正电荷的阳极上。带正电(+)的离子称为阳离子;这些粒子通过溶液迁移到带负电的阴极。

水具有解离电解质的能力，因为水分子具有电极性。它有正电荷和负电荷的部分，它们吸引和拉开电解质中电荷相反的离子。氯化钠(NaCl)，例如，解离成钠阳离子(Na⁺)和氯离子(Cl^-)．氢氧化钠(烧碱;NaOH)，碱，解离成钠阳离子和羟基阴离子(OH^-)．在硫酸等酸中(H₂所以₄)，氢原子形成阳离子(H⁺)，其余的则形成一个带双负电荷的阴离子(SO₄^＝)．

哪些物质会形成离子以及它们形成的离子的类型是由它们的原子获得或失去电子的倾向决定的。文章中讨论了这个主题化学元素，化学,元素周期表．

电解槽中的化学变化发生在两个电极的表面。如果是电解液进行反应，当物质的阳离子到达带负电荷的阴极时，它们与一个或多个由直流电源提供的电子结合。结果，它们失去部分或全部正电荷，变成带有较低电荷的新离子或中性粒子。这个过程叫做还原。与此同时，当阴离子到达带正电的阳极时，它们会放弃一个或多个电子给直流电源;它们也会变成新的离子或中性粒子。这个过程叫做氧化。这两个过程的共同作用是电子从阴离子(通过电线和电源)转移到阳离子。整个过程是一个化学反应，具体来说是氧化还原反应。使反应发生所需的能量是由电流提供的。 An example of such a reaction is the electrolysis of copper chloride (CuCl₂)溶解在水中，在阴极产生金属铜，在阳极产生氯气:

在熔融的电解质中，熔化使离子从固体晶体结构中解放出来，这样它们就可以在液体中四处移动，而不必在溶液中。当熔融的氯化钠被电解时，钠阳离子迁移到阴极，与电子结合，发生还原，形成金属钠;氯离子迁移到阳极，放弃电子，被氧化，形成氯气。

在水的电解过程中，提供的电能克服了将氢原子与氧原子连接在一起的化学键的强度，从而引起电离。在阳极，水分子中的氧放弃电子，变成氧气，而氢则以带正电的离子的形式留在溶液中。在阴极，氢离子与电子结合成为中性氢气。整个过程可以总结为以下反应:

电解在工业上广泛用于提取或提纯金属和制备各种其他物质。钠金属和氯有重要商业和科学用途的气体是在电解熔融氯化钠时提取出来的。氯和氢氧化钠都是通过电解盐水(一种浓盐溶液)产生的。铝金属是从铝土矿中提炼出来的氧化铝中电化学提取出来的铜金属从矿石中分离出来，在电解槽中提纯，电解槽的阳极是一根不纯的铸铜，阴极是一根纯铜。在电解过程中，铜阳极溶解在电解质溶液中，铜原子沉积或镀出阴极。杂质要么以离子的形式留在溶液中，要么以污泥的形式留在电解槽底部。

铜的提纯也是电镀的一个例子，电镀是另一种重要的商业工艺。电镀用于装饰金属和其他材料，形成防腐蚀的保护涂层，并将金属沉积在精确的位置和厚度上，用于许多工业用途。除铜以外的许多金属都可以镀在适当制备的物体上，在电解槽或电镀槽中形成阴极。例如，装饰性的金银涂层被镀在珠宝和餐具上。电镀在钢制品上的锌可以防止钢生锈。镀铬和镀镍既用于修饰，也用于保护底层材料。