Глава 9 электрохимия. Растворы электролитов. Кондуктометрия

9.1. Предмет электрохимии и её значение для фармации, медицины

и биологии

Электрохимия - раздел физической химии, изучающий физико-хими­че­ские свойства ионных систем (растворов, расплавов или твёрдых электролитов), а также явления, происходящие на поверхностях раздела фаз с участием заряженных частиц - ионов и электронов. Современная теоретическая электрохимия включает два раздела: ионику и электродику. Ионика рассматривает свойства однофазных систем - твёрдых электролитов, их растворов и расплавов как при равновесии, так и в неравновесных условиях. Электродика изучает электрохимические явления на поверхности раздела двух фаз, а именно строение поверхности раздела, а также термодинамику и кинетику электрохимических процессов, протекающих на поверхности электродов.

Законы электрохимии лежат в основе многих широко распространённых методов исследования и анализа (потенциометрия, кондуктометрия, полярогра­фия, амперометрия и др.). В химической и фармацевтической промышленности при получении многих веществ используются электролиз и электросинтез (например, электросинтезом получается глюконовая кислота - сырьё для синтеза применяемого в медицинской практике глюконата кальция). Химические источники тока - гальванические элементы, аккумуляторы - настолько широко используются, что без них уже невозможно представить практически ни одной области деятельности человека.

В медицинской практике используются физиотерапевтические электрохимические методы, например, электрофорез, или приборы, в частности, электрокардиостимуляторы.

Электрические явления заключаются в перемещении зарядов в направлении от точки с большей потенциальной энергией к точкам с меньшей потенциальной энергией. Они происходят и в живых организмах. С ними связано прохождение импульсов по нервным волокнам и синапсам, возникновение биопотенциалов в работающих сердце и мозге, на регистрации которых основаны такие диагностические методы, как электрокардиография и электроэнцефалография.

У некоторых представителей животного мира, главным образом, у рыб (электрический сом, электрический угорь, электрический скат) развились особые электрические органы, служащие им в качестве средств защиты и добывания пищи.

9.2. Краткий исторический очерк

Электрохимия возникла на рубеже XYIII и XIX вв. благодаря работам Л.Гальвани и А.Вольта, в результате которых был создан первый химический источник тока - “вольтов столб”. Используя химические источники тока, Г.Дэви в начале XIX в. осуществил электролиз многих веществ. В середине века благодаря работам М.Фарадея были открыты законы электролиза. В 1887 г. С.Аррениус сфор­мулировал основы теории электролитической диссоциации. В 20-х гг. XX в. эта теория была дополнена П.Дебаем и Э.Хюккелем, которые учли электростатическое взаимодействие между ионами. В дальнейшем на основе теории Дебая - Хюккеля были развиты представления о механизме электропроводности электролитов (Л.Онсагер, 1926 г.). Во второй половине XIX в. благодаря работам В.Нернста, Дж.Гиббса и Г.Гельмгольца были установлены основные термодинамические отношения электрохимии. Представления о строении границы между электродом и раствором, на которой образуется двойной электрический слой, были развиты Г.Гельмгольцем (1879), Ж.Гуи (1910) и О.Штерном (1924). Фундаментальный вклад в развитие учения о кинетике электродных процессов внесли М.Фольмер, Т.Эрдеи-Груз и школы А.Н.Фрумкина и Я.Гейровского.