Калькулятор электрохимии
онлайн
Что такое электрохимия
Электрохимия — раздел физической химии, изучающий взаимопревращения химической и электрической энергии. Она охватывает процессы на границе раздела «электрод–электролит»: электролиз, работу гальванических элементов, коррозию металлов и электроосаждение покрытий.
Электродный потенциал
Электродный потенциал возникает на границе металл–раствор вследствие перехода ионов через межфазную границу. Стандартный потенциал E° измеряется относительно стандартного водородного электрода (СВЭ) при активности всех участников 1 моль/л.
Гальванический элемент
Гальванический элемент преобразует химическую энергию окислительно-восстановительной реакции в электрическую. ЭДС равна разности потенциалов катода (восстановление) и анода (окисление). При E°ячейки > 0 реакция самопроизвольна.
Электролиз
Электролиз — это принудительный электрохимический процесс под действием внешнего тока. По закону Фарадея масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна пропущенному заряду и молярной массе, обратно пропорциональна числу электронов.
Где применяется электрохимия
Электрохимические процессы лежат в основе десятков промышленных технологий и используются в науке, медицине, энергетике и производстве.
Аккумуляторы и батареи
Литий-ионные, свинцово-кислотные, NiMH аккумуляторы. Расчёт ёмкости (А·ч), энергии (Вт·ч), времени работы и КПД для электромобилей, смартфонов и систем накопления энергии.
Гальваническое производство
Нанесение покрытий меди, никеля, хрома, золота, серебра. Расчёт толщины покрытия, плотности тока и времени осаждения для электроники и машиностроения.
Химическое производство
Получение хлора, щёлочи, алюминия, водорода методом электролиза. Расчёт энергозатрат и производительности электролизёров по закону Фарадея.
Защита от коррозии
Катодная и анодная защита металлических конструкций. Электрохимические методы защиты трубопроводов, корпусов судов и подземных сооружений от коррозии.
Аналитическая химия
Вольтамперометрия, полярография, потенциометрия — методы определения состава растворов. pH-метры и ион-селективные электроды работают на основе уравнения Нернста.
Возобновляемая энергетика
Водородная энергетика: электролиз воды для получения водорода, топливные элементы. Расчёт эффективности и производительности для систем хранения энергии.
Электрохимия подробно
Ключевые уравнения, константы и принципы электрохимии с примерами расчётов.
Уравнение Нернста
Вальтер Нернст вывел это уравнение в 1889 году. Оно описывает зависимость электродного потенциала от концентрации участников электрохимической реакции. При стандартных условиях (все активности равны 1) Q = 1, ln(Q) = 0, и E = E°. При 25°C RT/F ≈ 0.02569 В, поэтому формула принимает удобный вид: E = E° − (0.0592/n) · log₁₀(Q).
Пример: Медный электрод Cu²⁺/Cu (E° = +0.34 В) в растворе 0.01 М CuSO₄ при 25°C. n = 2, Q = [Cu²⁺] = 0.01. E = 0.34 − (0.0592/2) · log₁₀(0.01) = 0.34 − 0.0296 · (−2) = 0.34 + 0.0592 = 0.399 В. Потенциал возрос при низкой концентрации Cu²⁺.
Законы Фарадея
Майкл Фарадей сформулировал два закона электролиза в 1833–1834 годах. Первый закон: масса вещества, выделившегося на электроде, пропорциональна количеству прошедшего электричества (Q = I·t). Второй закон: при одинаковом количестве электричества масса разных веществ пропорциональна их эквивалентным массам (M/n).
Пример: Электролиз раствора CuSO₄ током 5 А в течение 2 часов (7200 с). M(Cu) = 63.5 г/моль, n = 2. m = 63.5 × 5 × 7200 / (2 × 96485) = 11.84 г меди. При этом на аноде выделяется кислород: 4OH⁻ − 4e⁻ → O₂ + 2H₂O.
ЭДС, энергия Гиббса и константа равновесия
Электрохимия связывает термодинамику и кинетику через эти три уравнения. При E° > 0 энергия Гиббса отрицательна (реакция самопроизвольна), константа равновесия K > 1 (реакция сдвинута вправо). Гальванический элемент Даниэля-Якоби (Zn/Cu) с E° = 0.34 − (−0.76) = 1.10 В: ΔG° = −2 × 96485 × 1.10 = −212 кДж/моль.
Важно: Уравнение ΔG° = −nFE° справедливо только для стандартных условий (активности = 1). Для реальных условий используйте уравнение Нернста для нахождения E, затем ΔG = −nFE.
Электрическая проводимость растворов
В электролитах носители тока — ионы, а не электроны. Удельная проводимость σ (или κ) зависит от концентрации, степени диссоциации и подвижности ионов. Морская вода (σ ≈ 5 См/м) проводит в 10 000 раз лучше дистиллированной (σ ≈ 0.0001 См/м), но в 10 миллионов раз хуже меди (σ ≈ 6×10⁷ См/м).
Применение: Кондуктометрия — метод анализа состава растворов по их проводимости. Используется в водоподготовке, пищевой промышленности, биотехнологии. Проводимость воды — показатель степени её очистки.
Ключевые формулы/ справочник электрохимика
Все основные уравнения электрохимии в одном месте. Константы и формулы для расчётов электролиза, потенциалов и проводимости.
Фундаментальные константы
Уравнение Нернста (упрощения)
Электролиз и электроосаждение
Проводимость
Практические советы
Типичные ошибки при электрохимических расчётах и как их избежать.
1Правильно определяйте n
Число электронов n — это количество электронов в полуреакции, не валентность. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (n=2). Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O (n=6). Всегда записывайте и балансируйте полуреакцию перед подстановкой n в формулы.
2Катод и анод не перепутайте
В гальваническом элементе катод — положительный электрод, где происходит восстановление (металл с более высоким E°). Анод — отрицательный, где происходит окисление. Формула: E°ячейки = E°катода − E°анода. Если E°ячейки > 0 — процесс самопроизвольный.
3Q — это не константа равновесия K
В уравнении Нернста Q — реакционная квота (текущие концентрации), а не константа равновесия K. Q включает только растворённые вещества и газы; чистые твёрдые вещества и жидкости не входят в Q. При равновесии Q = K, и E = 0 (батарея разряжена).
4Единицы в законе Фарадея
В формуле m = M·I·t / (n·F): M в г/моль, I в амперах, t в секундах, F = 96 485 Кл/моль. Результат m в граммах. Наш калькулятор принимает время в минутах и автоматически переводит. Не забудьте: 1 А·ч = 3600 Кл.
5КПД электролиза
Реальная масса осадка меньше теоретической из-за побочных реакций (выделение водорода, растворение осадка). Выход по току η = m_факт / m_теор × 100%. Для промышленных процессов η обычно 70–98%. В расчётах лаборатории при небольших токах η ≈ 95–100%.
6Стандартные потенциалы — при 25°C
Табличные значения E° действительны при 25°C (298.15 К), активности ионов = 1 моль/л, давлении газов = 1 атм. При другой температуре или концентрации используйте уравнение Нернста для поправки. Для смешанных электролитов учитывайте активности, а не концентрации.
Как пользоваться калькулятором
Пошаговая инструкция для решения задач по электрохимии за несколько секунд.
Выберите режим
Нажмите на нужную вкладку: Нернст, Фарадей, ЭДС элемента, Проводимость, Электроосаждение или Батарея — в зависимости от задачи.
Используйте пресеты
Для расчёта ЭДС выберите электроды из таблицы стандартных потенциалов. Для гальваники — металл из списка. Для батарей — типовой аккумулятор.
Введите данные
Заполните поля значений. Время в минутах, площадь в см², температура в °C — калькулятор автоматически переводит единицы.
Получите результат
Нажмите кнопку расчёта. Результат отображается с подставленной формулой и промежуточными вычислениями для проверки.
Часто задаваемые вопросы
Лиана Арифметова
Миссия: Демократизировать сложные расчеты. Превратить страх перед числами в ясность и контроль. Девиз: «Любая повторяющаяся задача заслуживает своего калькулятора».
Отказ от ответственности
Только для информационных целей. Все расчёты, результаты и данные, предоставляемые данным инструментом, носят исключительно ознакомительный и справочный характер. Они не являются профессиональной консультацией — медицинской, юридической, финансовой, инженерной или иной.
Точность результатов. Калькулятор основан на общепринятых формулах и методиках, однако фактические результаты могут отличаться в зависимости от индивидуальных условий, исходных данных и применяемых стандартов. Мы не гарантируем полноту, точность или актуальность приведённых расчётов.
Медицинские, финансовые и профессиональные решения должны приниматься исключительно на основании консультации с квалифицированными специалистами — врачом, финансовым советником, инженером или другим профессионалом в соответствующей области. Не используйте результаты данного инструмента как единственное основание для принятия важных решений.
Ограничение ответственности. Авторы и разработчики сервиса не несут никакой ответственности за прямой или косвенный ущерб, возникший в результате использования данных расчётов. Пользователь принимает на себя всю ответственность за интерпретацию и применение полученных результатов.
Похожие инструменты
Калькулятор калорий при езде на велосипеде
Расход калорий при велоезде: скорость, расстояние, рельеф, тип велосипеда. MET-метод, экономия CO₂.
Калькулятор дохода блогера
Рассчитайте доход блогера на YouTube, Telegram, VK. CPM, рекламные интеграции, подписчики.
Калькулятор рациона для птицы
Расчёт рациона кормления для кур-несушек, бройлеров, уток, гусей. Суточный расход, состав кормосмеси, стоимость.
Калькулятор среднего заработка
Расчёт среднего заработка для отпускных, больничных и командировочных. По Постановлению 922.
Калькулятор аэрокосмический: баланс топлива и Delta-v
Расчет баланса топлива (формула Циолковского) и планирование бюджета Delta-v для космических миссий. Оценка возможностей ракеты.
Калькулятор ROI маркетинговой кампании
Расчёт ROI и ROAS маркетинговой кампании. Сравнение каналов, точка безубыточности, чистая прибыль от рекламы.
Калькулятор инвестиционных стратегий
Бэктест стратегий и оптимизация портфеля по Марковицу. Риск, доходность и Sharpe Ratio.
Калькулятор литья под давлением
Расчёты литья пластмасс: усилие смыкания, впрыск, цикл, охлаждение, пресс-форма, себестоимость
Калькулятор жалюзи и рулонных штор
Расчёт стоимости жалюзи и рулонных штор по размерам окна.
Калькулятор участка: земля (грунт), мульча, плитка и грядки
Рассчитайте объем плодородной земли, количество мешков мульчи (кора, щепа), плитку для дорожек и планировку грядок.
Калькулятор судебных расходов
Расчёт судебных расходов: госпошлина, представитель, экспертиза, нотариус. Ст. 333.19 НК РФ, ГПК РФ.
Калькулятор мощности котла отопления
Расчёт мощности отопительного котла по площади дома, утеплению и климатическому району. Расход газа, электричества, пеллет.
Калькулятор расхода наливного пола
Расчёт расхода смеси наливного пола по площади и толщине слоя. Гипсовые, цементные и полимерные составы.
Калькулятор микроклимата теплицы
Расчёт температуры, влажности, вентиляции, отопления и освещения теплицы. Оптимальные условия для выращивания овощей в России.
Калькулятор площади и объёма фигур
Расчет площади, периметра, объёма и поверхности для 2D и 3D фигур. Формулы Герона, эллипсы, торы, инженерные задачи.