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电化学原理PPT课件

电化学原理PPT课件

（saturated calomel electrode，SCE） 6.导线；7. Hg；8.纤维
以标准氢电极的电极电势为标准，
可以测得SCE的电势为0.2415V。
.
21
对电极（辅助电极）
对电极一般使用惰性贵金属材料如铂丝等， 以免在此表面发生化学反应，用于与工作 电极形成回路。
.
22
电化学工作站
.
17
电化学三电极系统
• 工作电极（Working electrode） • 参比电极（Reference electrode） • 对电极（Auxiliary electrode）
.
18
工作电极
滴汞电极（极谱法） 铂电极 金电极 碳电极 热解石墨(PG)
玻碳(GC) 碳糊 碳纤维
.
19
参比电极
.
9
电分析成为独立的方法学
• 三大定量关系的建立 1833年法拉第定律Q=nFM 1889年能斯特W.Nernst提出能斯特方程
1934年尤考维奇D.Ilkovic提出扩散电流方程 Id = kC
.
10
近代电分析方法
(1) 电极的发展：化学修饰电极、超微电极 (2) 多学科参与：生物电化学传感器 (3)与其他方法联用：光谱-电化学、HPLC-EC、
1753年，俄国著名电学家利赫曼为了验证
富兰克林的实验，不幸被雷电击死，这是
做电实验的第一个牺. 牲者。
4
电化学的发展史
1791年, 意大利伽伐尼的青蛙实验 (电化学的起1799年, 伏特堆 (伏特电池/原电池的雏形)
.
6
电化学的发展史
1807年, 戴维电解木灰(potash)和苏打(soda)， 分别得到钾(potassium)和钠(sodium)元素

《电化学基础》课件

《电化学基础》课件

电化学反应速率
总结词
电化学反应速率描述了电化学反应的快 慢程度，是衡量反应速度的重要参数。
VS
详细描述
电化学反应速率与参与反应的物质的浓度 、温度、催化剂等条件有关。在一定条件 下，反应速率可由实验测定，对于一些特 定的电化学反应，也可以通过理论计算来 预测其反应速率。
反应速率常数
总结词
反应速率常数是描述电化学反应速率的重要参数，它反映了电化学反应的内在性质。
详细描述
反应速率常数与参与反应的物质的性质、温度等条件有关。在一定条件下，反应速率常数可以通过实验测定，也 可以通过理论计算得到。反应速率常数越大，表示该反应的速率越快。
反应机理
总结词
电化学反应机理是描述电化学反应过程中各步骤的详细过程和相互关系的模型。
详细描述
电化学反应机理可以帮助人们深入理解电化学反应的本质和过程，从而更好地控制和优化电化学反应 。不同的电化学反应可能有不同的反应机理，同一电化学反应也可能存在多种可能的反应机理。 Nhomakorabea05
电化学研究方法
实验研究方法
01
重要手段
02
实验研究是电化学研究的重要手段，通过实验可以观察和测量电化学 反应的过程和现象，探究反应机理和反应动力学。
03
实验研究方法包括控制电流、电位、电场等电学参数，以及观察和测 量电流、电位、电导等电化学参数。
04
实验研究需要精密的实验设备和仪器，以及严格的操作规范和实验条 件控制。
01
02
03
电池种类
介绍不同类型电池的制造 过程，如锂离子电池、铅 酸电池、镍镉电池等。
电池材料
阐述电池制造过程中涉及 的主要材料，如正负极材 料、电解液、隔膜等。

物化 第七章 电化学ppt课件

物化 第七章 电化学ppt课件

2. 电极过程
电化学过程必须在电化学池中实现，总是伴随着电化学反应和 化学能和电能相互转换发生。
原电池： 化学能转化为电能的装置；干电池，蓄电池，燃料电池等
系统对外做电功
G T,P 0
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2. 电极过程
电解池： 电能转化为化学能的装置；电镀装置，电抛光装置等
Q m n M M z F
M-物质的摩尔质量
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3. 法拉第定律
已知元电荷电量为
1 . 6 0 2 21 0C
1 9
F=L· e =6.022×1023 mol-1×1.6022×10-19 C
=96484.6 C· mol-1
≈96500 C· mol-1
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2018/11/25
2. 电极过程 原电池 将化学能转化 为电能的装置
阳极（负极）：
Zn（s）= Zn2+ （aq）+ 2e（氧化反应）
Zn
Cu
阴极（正极）：
Cu2+（aq）+ 2e- = Cu（s） （还原反应）
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3. 法拉第定律
Faraday’s Law
⒈ 在电极界面上发生化学变化物质的质量 与通入的电量成正比。 Q m 或 Q n
Michael Faraday ⒉ 通电于若干个电解池串联的线路中，当 （l791-1867) 所取的基本粒子的荷电数相同时，在各个 英国著名的自 学成才的科学家

生物 第五章 氧化还原和电化学

生物 第五章 氧化还原和电化学

E0 = 0(+) – 0 (-)
如测定半电池: Cu2+(1mol.L-)/Cu(298K)与标准氢电极相 连时为正极,并得 E0=0.34 V. 则 E0 = 0(+) –
0 (-)
0.34= 0 (Cu2+/Cu)- 0(H+/H2)
0.34= 0 (Cu2+/Cu)- 0.0000 0 (Cu2+/Cu)=+0.34 (V)
= 0 + 0.0592 ———— ———lg [氧化型] n [还原型]
式中:(1) n—电极反应中的电子转移数
(2) [氧化型] 中括号里表示的是半反应式中的
[还原型]
各物质浓度次方的乘积
(3) . 纯液体,纯固体的浓度为常数,作1处理, 气体用分压表示.具体写法举例:
(1) Fe 3+ + e-
化合价升高物质称还原剂(Fe)
还原性
5-2
如：
氧化还原半反应式
Cu2+ + Fe = Cu + Fe2 + (还原反应） (氧化反应）
任何氧化还原反应方程式都可以分解成两个半反应式，
Cu2+ + 2e = Cu Fe - 2e = Fe2 +
1. 半反应式由同一元素的两种不同氧化数物种组成。 2. 表示：氧化型 / 还原型 == 电对 3. 标准电极电势表中就是按半反应式 的格式列表的.
标准电极电势是重要的化学参数.有多种理论价 值和实用价值,如:
(1)判断氧化剂和还原剂的强弱 电极电势负值越小，还原型物质的还原性越强； 电极电势正值越大，氧化型物质的氧化性越强。 Zn2+ +2eZn 0 =-0.76 V Cl2 +2e2Cl0 =1.3883 V

电化学PPT课件

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B、离子独立运动定律
C、法拉第定律
D、能斯特定律
3、法拉第（Faraday）常数F表示的是（ A）
A、1mol元电荷的电量 B、1mol元电荷的质量
C、1mol元电荷的数量 D、1mol 元电荷的体积
4、当一定的直流电流通过一含有金属离子的电解质溶液时，在
阴极上析出的金属的量正比于（C ）
A、阴极的表面积
课堂练习
1、按物体导电方式的不同而提出的第二类导体，对于它特点的
描述，哪一点是不正确的？（A ）
A、其电阻随温度的升高而增大 B、其电阻随温度的升高而减小 C、其导电的原因是离子的存在 D、当电流通过时在电极上有化学反应发生
2、描述电极上发生反应的物质的量与通过的电量之间的关系的
是（ C）
A、欧姆定律
4、电极反应和电池反应
电极反应：两电极上发生的氧化或还原反应。
阴极：2H+ + 2e → H2(g) 阳极：2Cl- – 2e → Cl2(g) 总反应：2H+ + 2Cl- → H2(g) + Cl2(g)
电极反应 电极反应 电池反应
电解质溶液的导电机制：
（1）电流在溶液中的传导是
E
由正、负（或阴、阳）离子
电化学
电化学：研究电子导体/离子导体(电解质溶液)和离子 导体/离子导体的界面结构、界面现象及其变化过程与 机理的科学。
应用：1、生命现象最基本的过程是电荷运动。生 物电的起因可归结为细胞膜内外两侧的电势差。
a: 细胞的代谢作用可以借用电化学中的燃料电池的 氧化和还原过程来模拟;
b: 心电图、脑电图是利用电化学方法模拟生物体内 器官的生理规律及其变化过程。
= 96486.09 C ·mol-1 ≈ 96500 C ·mol-1 运用法拉第定律，可以定量计算电解质溶液中发生化 学反应的物质的量。

电化学基本知识ppt课件

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电池过程
阴极
阳极
ZnSO4
CuSO4
Zn
Cu
盐桥
1.1 V
典型电化学过程
e
电化学过程的特点
Zn(s) + CuSO4(aq) ZnSO4(aq) + Cu(s) 半反应: Zn(s) Zn2+ + 2e- 阳极反应 Cu2+ + 2e- Cu(s) 阴极反应 电子不能在离子导体中运动 离子不能在电子导体中运动 即：电子与离子间必定在界面处发生了转化，这个转化就发生在离子导体和电子导体的界面处。
高频区为电极反应动力学（电荷传递过程）控制，低频区由电极反应的反应物或产物的扩散控制。
从图可得体系R、Rct、Cd以及参数，与扩散系数有关，利用它可以估算扩散系数D。由Rct可计算i0和k0。
扩散阻抗的直线可能偏离45，原因：
电极表面很粗糙，以致扩散过程部分相当于球面扩散； 除了电极电势外，还有另外一个状态变量，这个变量在测量的过程中引起感抗。
盐桥
1. 可以同时测量极化电流和极化电位； 2. 三电极两回路具有足够的测量精度。
三电极的优点
1.2.5.1 辅助电极的作用 实现WE导电并使WE电力线分布均匀。 1.2.5.2 辅助电极的要求 ①辅助电极面积大； 为使参比电极等势面，应使辅助电极面积增大，以保证满足研究电极表面电位分布均匀，如是平板电极： ； ②辅助电极形状应与研究电极相同，以实现均匀电场作用。
参比电极
常见的参比电极 ①甘汞电极； Hg|Hg2Cl2|Cl- 由于Hg+→Hg2+ （亚汞不稳定，高温时易变成Hg2+，受温度影响大。<70℃，另外，［Cl-］要饱和，防止 发生变化)。

生物电化学 ppt


四、电化学生物传感器的信号转换器
电化学电极
电位型电极
离子选择电极 氧化还原电极
电流型电极 氧电极
1、电位型电极
离子选择电极 离子选择电极是一类对特定的阳离子或阴离子呈 选择性响应的电极，具有快速、灵敏、可靠、 价廉等优点。在生物医学领域常直接用它测定 体液中 的一些 成分 （ 例如H+ ，K+， Na+， Ca2+等）。
生物电化学
• 在生命过程中,人和动物的代谢作用及各种生理现 象大都与电流和电势的变化密切相关,并具体表现 为无论是能量转换、神经传导、光合作用、呼吸 过程,还是基因遗传、疾病防治、药物体内释放等 都伴随着电子的转移。作为一门研究电子(或半导 体材料)—离子以及离子—离子导体界面性质变化 过程与机理的科学,现代电化学已把生命过程中的 电化学反应作为其重要的研究内容。同时,生命科 学也把电化学方法作为重要的实验手段,尤其是伴 随着近期两个学科在一些相关基础理论和实验方 法方面所取得的进步,把两者结合起来进行研究更 显出其优势
生物电化学 bioelectrochemistry
1 生物分子的电化学研究 2生物膜的电化学研究
3 单个细胞的电化学研究
4 电化学传感器
生物电化学
生物电化学是20世纪70年代由电生物 学、生物物理学、生物化学以及电化 学等多门学科交叉形成的一门独立的 学科。是用电化学的基本原理和实验 方法，在生物体和有机组织的整体以 及分子和细胞两个不同水平上研究或 模拟研究电荷（包括电子、离子及其 他电活性粒子）在生物体系和其相应 模型体系中分布、传输和转移及转化 的化学本质和规律的一门新型学科。
•
踏实肯干，努力奋斗。2020年12月17 日上午1 0时33 分20.12. 1720.1 2.17

生物电化学PPT资料优选版

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生物电化学传感器
生物材料敏感元件+电极转换元件
例如:酶电极传感器
以葡萄糖氧化酶(GOD)电极为例.
其工作原理为:在GOD的催化下,葡萄糖(C6H12O6) 被氧氧化,生成葡萄糖酸(C6H12O7)和过氧化氢.
这就是所谓的第一代酶电极传感器
目前种类很多,包括用于检测司机是否饮酒的
乙醇氧化酶电极传感器.
专利技术:将乙醇氧化酶电极传感器与汽车的点 火装置相连
心脏起搏细胞
科学家用基因疗法修复心脏起搏功能
记者 王艳红 2002年 新华网伦敦９月１２日电 科学家通过基因疗 法修复心脏细胞的起搏功能，已在动物实验中 取得成功。这一方法将来有可能取代昂贵而又 危险的电动心脏起搏器。
2003年的NOBEL化学奖介绍
彼得·阿格雷： 科学家。1949年生于 明尼苏 达州小城诺斯菲尔德，1974年在巴尔的摩约翰 斯·霍普金斯大学医学院获医学博士学位，现为该 学院生物化学教授和医学教授。
罗德里克·麦金农： 科学家。1956年出生，在 波士顿附近的小镇伯灵顿长大，1982年在塔夫茨 医学院获医学博士学位，现为洛克菲勒大学分子 神经生物学和生物物理学教授。
生物样品利用电泳的出人意料的成果?
据称其原因可能是电场激励了生长代谢的离子泵作用. 科学家说，只需要对几千个细胞进行基因改造，就能达到起搏的目的。
int ext 8％以下提高到10％ －12％，而细胞存活率也能从38.
ex t 电场加速作物生长是较新的研究课题,Matsuzaki
实际上，早在十九世纪中期，人们就猜想人体 细胞一定存在用以传输水分的特别的通道。然 而，直到1988年，才由阿格雷在分离一种膜蛋 白上获得成功，约一年后，他明白了这个蛋白 一定就是长期以来所寻求的水通道。这一决定 性的发现打开了通向细菌、植物及哺乳动物体 内水通道的生物化学、生理学以及遗传学等完 整的系列研究之门。今天，学者们详知水分子 通过细胞膜的方式并了解为何只有水分子能穿 过而不是其他更小的分子或离子。
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浓度差导致K+ 从左到右扩散
电场作用阻止 K+从左到右扩 散
两种作用平衡时，在膜的两边
也建立起一个平衡的电位差，
这个电位差就是细胞膜电位。
ln RT (CK)ex
D
F
(CK)in
ex:细胞外 in：细胞内
唐南理论
唐南理论存在的问题：
A）膜两边达到平衡时，意味着过程的终止，包括生命过程。 当细胞中的一切生物过程还在进行时，它决不会处于平 衡状态。
生物体的电现象
生物体的电现象：由细胞膜电势产生的电流称为生物电。 • 刺激青蛙腿部肌肉可产生收缩电流 • 向日葵的向阳运动；含羞草受到冲击叶片闭合，刺激严重甚
至叶柄下垂等 • 心电图 • 脑电图 • 监测骨架肌肉细胞电活性的肌动电流图 • 血液凝固问题 • 龋病即“虫牙”
生物体的电现象
生物体表面测定到的生物体的电现象
生物电化学
内容简介
• 电化学与生物的关系 • 细胞膜电位 • 细胞电化学的研究进展 • 蛋白质的电化学 • 生物相关物质的电化学 • 生物燃料电池 • 电化学生物传感器 • 生物功能与电化学
电鳗
电鳗发电
电鳐
• 生物体的电现象 • 生物反应与电化学反应的关系 • 生物电化学
生物体的电现象
细胞膜结构模式图
生物电化学
生物电化学
生物电化学的研究领域
1、电化学在生物体中的探索，即用电化学手段研究生物体。 2、电化学在生物体中的应用，这部分不仅只包括生物体内的
反应、生物体的机理和生物体物质的利用，还包括生物体 的模拟。
生物电化学
目前正在开展的研究
➢ 生物体系和生物界面的电位 ➢ 生物分子电化学 ➢ 生物电催化 ➢ 光合作用 ➢ 活组织电化学 ➢ 生物技术中的电化学技术
超微直径<100m 材料：铂、金、碳纤维； 形状：微盘、微环、微球、组合等。
基本特征
（1）极小的电极半径 （2）双电层充电电流很小 （3）平衡时间断，响应快
生物体的电现象
细胞膜电位测量示意图
60-110mV
实验表明：依靠神经细胞膜电 势的变化可传递神经细胞刺激； 肌肉细胞膜电势的变化能引起 肌肉的收缩。人的思维以及通 过视觉、听觉和触觉器官接受 外界刺激的各种感觉，这些过 程均与膜电势的变化有关。
反应时常用的条件类似。
所以进行氧化-还原的酶粒子的反应完全可以认为 是一种有电子迁移过程的电化学反应。
生物电化学
以生物体系的研究及其控制和应用为目 的，并融合了生物学、电化学和化学等多门 学科交叉而形成的一门独立的学科。是在分 子水平上研究生物体系荷电粒子(还可能包 括非荷电粒子)运动过程所产生的电化学现 象的科学。
B）无法解释Na+ 的作用。 Na+ 和K+ 具有相同的电荷，应该对
细胞膜电位产生相似的影响效果。
1940年，希匹尔（Heppel）证实，细胞膜对钠离子确实也是 可渗透的，因而道南电位的方程应改为：
ln RT (CK)ex(CNa)ex D F (CK)in(CNa)in
液接电位理论
液体接界电位是指当两个 不同的电解质溶液（浓度或离 子种类不同）接触时，在两个 溶液接界处会产生一个电位差， 这个电位称为液体接界电位。
生物体电现象
脑波（EEG） 心电（ECG） 皮肤电反射
（PGP） 筋电（EMG）
频率（Hz）
0.5~60 0.1~200 0.03~10
5~1000
电压（V）
10-6~10-4 10-3
10-4~10-3
10-5~10-2
测定部位
头皮上 四肢和胸部
手掌
体表
生物体的电现象
解释电现象
电压、电流的产生可以有两种途径:
ln RTP K (C K )e x P N ( a C N ) a e x P C (lC C )lin C F P K (C K )in P N ( a C N ) a in P C (lC C )lex
式中： C 为细胞膜电位 PK+、PNa+ 、PCl-分别代表K+、Na+、Cl-通过细胞膜的可
1 在发电机中发生的过程 2 电化学:即通过氧化-还原反应，可以把化学能
转化为电能
因此这些电现象的本质一定是电化学的，一定可以 用电化学的理论、方法和实验对其进行研究。
生物反应与电化学反应的关系
可以把细胞膜（cell membrane）内酶的反应看作 是固体/液相界面上发生的电极反应。
1）两者均属于非均相反应。 2）无论是细胞膜还是电极表面均带电荷。 3）生物体内反应的pH值、离子强度和温度等条件与电化学
该理论的不足之处:
有外界刺激时，为何 PNa 增大？ 无法解释。
第3章 细胞电化学的研究进展
• 细胞化学组成的电化学研究 • 细胞生物生理行为的电化学研究 • 细胞分析传感器 • 细胞的电场生化效应及其应用研究 • 展望
产生这个电位的原因是不 同离子的扩散速率不同。
H+迁移的速率比Cl-快；
电场作用加速Cl-迁移速率， 降低H+迁移的速率。最后 在某一电位差下，两种离 子的迁移速率相等，此电 位差即为液接电位。
液接电位理论
把液接电位的概念应用到一个生物细胞，则得到霍奇金-赫 克斯利(Hodgkin-Huxley)公式：
渗透性，其取值为0或1 C为离子浓度（确切说应用活度） ex：细胞外，in：细胞内
液接电位理论
合理性：不仅解释了静止电位，而且解释了作用电位产生的原因。
ln 静止电位：
RT PK(CK)ex
C
F
PK(CK)i n
ln 作用电位：
C
RT P K(C K)ex P Na (C Na )ex F P K(C K)inP Na (C Na )in
生物体的电现象
单细胞水平检测
➢为什么要进行单细胞水平检测? 单个细胞中的组分分析，是在细胞水平 上了解生化反应的基本要求。
➢单细胞特点： 体积小、组分复杂、含量极微。
➢分析要求： 高选择、高灵敏、快响应、超小体积。
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
生物体的电现象
单细胞检测手段: 超微电极 ultramicroelectrode理论 （唐南理论） • 液接电位理论
第2章 细胞膜电位
研究细胞膜电位存在的困难
➢ 主要是由于实验对象（细胞）太小。 ➢ 细胞是一个生命体，故任何微电极或毛细管导入到细胞
内部，即使没有完全杀死细胞，也在相当程度上破坏了 细胞内原有自然结构。
唐南理论
细胞膜是半 透膜