ПРЕДИСЛОВИЕ

В представительном ряду отечественной и переводной литературы по электрохимии, в который входят превосходные учебные пособия, фундаментальные труды общего характера, специальные монографии, посвященные теоретическим и прикладным вопросам, предлагаемая вниманию читателя книга Дж. Ньюмена «Электрохимические системы» займет особое место. Фактическое содержание этой книги значительно шире ее названия, поскольку в ней изложены как теоретические основы прикладной электрохимии, так и принципы расчета конкретных систем. Высокий теоретический уровень и глубина анализа, которые сочетаются с ясностью изложения, делают книгу интересной не только для специалистов по электрохимической технологии, но и для более широкого круга физикохимиков. Привлекательной особенностью книги является то, что автор, поступясь профессиональным снобизмом, обсуждает вопросы, которые неизбежно возникают у каждого студента, но никогда не выходят на страницы солидных руководств. Опасность такой практики состоит в том, что на смену пониманию иногда приходит магия научных терминов. Поэтому будут безусловно полезными разделы книги, где, например, проанализирован вопрос о связи между внутренним и электростатическим потенциалами или обсуждаются механизм протекания электрического тока в ячейке с перемешиваемым раствором и концентрационное перенапряжение

Можно сказать, что книга Ньюмена имеет «спиральную» структуру. По ходу изложения автор возвращается к уже обсуждавшимся вопросам, подвергая их более глубокому анализу. Во введении дано сжатое изложение основных явлений, протекающих в электролитической ячейке. Последующие три части посвящены электрохимической термодинамике (часть А), электрохимической кинетике и поверхностным явлениям (часть и процессам переноса (часть В). Они составляют ту электрохимическую основу, на которой строится изложение в части где изучаются распределение тока и массоперенос в различных системах. Индуктивная схема изложения, принятая автором, имеет на наш взгляд некоторые недостатки. Так, вопросы

гидродинамики, с которыми читатель сталкивается на первых же страницах, систематически изложены только в гл. 15; рассматривая в части А электродные потенциалы, включающие жидкостные соединения, автор вынужден апеллировать к результатам части В, где обсуждаются диффузионные процессы. Возможным оправданием принятой структуры является то, что дедуктивная система, будучи не лишена собственных недостатков, сделала бы книгу более трудной для изучения.

Изложение основ электрохимии в частях характеризуется простотой и конкретностью. Каждый раздел снабжен множеством интересных задач. Большое внимание уделено тем аспектам, которые существенны для анализа систем, представляющих практический интерес. Так, в части рассматривается только формальная кинетика электрохимических реакций, без какой-либо попытки анализа молекулярных механизмов. Наряду с этим автор старается хотя бы кратко охарактеризовать современное состояние теории растворов электролитов, излагает основы теорий адсорбции и электрокапиллярности, довольно обстоятельно рассматривает электрокинетические явления, выходя за рамки необходимого минимума. В результате часть безусловно профилирующая часть книги, оказалась несколько ущемленной.

Анализ электрохимических систем, вообще говоря, включает следующие этапы: вывод основных уравнений, постановка граничных условий, решение краевой задачи и, наконец, обсуждение полученных решений. В той или иной мере в книге нашли отражение все эти вопросы. Вывод уравнений основывается на материале частей а граничные условия формулируются с помощью результатов части Сравнительно мало внимания уделено математическим методам решения краевых задач. Отчасти это вызвано тем, что в последнее время с этой целью широко применяется вычислительная техника.

В современной химической технологии при расчете процессов и аппаратов находят широкое распространение математические методы. Их использование стало возможным после того, как были разработаны основы теории соответствующих макро-кинетических и каталитических процессов. Электрохимические системы по своей природе значительно сложнее. И тем не менее теория протекающих в них процессов настолько развита, что масштабное моделирование и расчет конкретных установок не встречают принципиальных затруднений. Можно надеяться, что книга Дж. Ньюмена будет способствовать дальнейшему распространению строгих математических методов в практике инженерного, проектирования. Особый интерес она представит для ученых-коррозионистов и специалистов в области электрохимического производства. Она будет незаменимым пособием для

студентов и аспирантов соответствующих специальностей, а также окажется полезной специалистам смежного профиля, которым приходится сталкиваться с электрохимическими системами. Эту книгу можно рекомендовать и электрохимикам, занимающимся чисто исследовательской работой, так как они встретят в ней оригинальный подход к целому ряду «вечных» вопросов, который доставит им немало удовольствия.

Ю. Чизмаджев

ПРЕДИСЛОВИЕ АВТОРА

Электрохимия играет важную роль в современном промышленном производстве. В качестве примеров можно назвать первичные и вторичные источники тока и топливные элементы, производство хлора, каустической соды, алюминия и других химических продуктов, электроосаждение, электрохимическую обработку и электрорафинирование, а также коррозию. Кроме того, с растворами электролитов приходится сталкиваться при опреснении воды и в биологических исследованиях. Возрастанию роли электрохимии способствовало понижение относительной стоимости электрической энергии. Электрохимическое производство составляет около 1,6% от всего промышленного производства США и около одной трети всего химического производства.

Цель настоящей книги — дать достаточное для практической работы описание электрохимических систем. Поэтому излагаемые представления имеют скорее макроскопический характер, чем микроскопический или молекулярный. При этом мы вовсе не стремились к тому, чтобы различные электрохимические системы были описаны с энциклопедической полнотой. Вместо этого мы старались сосредоточиться на принципиальных особенностях, поскольку именно они составляют тот фундамент, на котором основывается проектирование новых систем или освоение новых процессов.

В основе излагаемого материала лежат термодинамика, кинетика электродных процессов и теория процессов переноса. Этим вопросам посвящены первые три части книги. Ввиду тесной взаимосвязи этих научных дисциплин выбор наилучшей последовательности изложения становится проблематичным. Мы остановились на поочередном изложении каждого предмета, не взирая на необходимость привлечения материала, который рассматривается подробно лишь в дальнейшем. Например, потенциалы электрохимических ячеек в условиях разомкнутой цепи логически и исторически относятся к равновесной

термодинамике, однако для их полного описания необходимо обратиться к необратимым диффузионным процессам.

Привлекательность электрохимических систем в значительной мере обусловлена тем, что в них могут протекать разнообразные и сложные процессы, для изучения которых используются методы, заимствованные из различных областей науки. Сложность этих систем приводит к тому, что довольно часто происходит переоткрытие старых идей. Той же причиной объясняется живучесть ошибочных представлений или предпринимаемые иногда исследования, цель которых — получить ответ на едва ли осмысленные вопросы. Поэтому мы попытались выбрать наиболее простой путь. Хотя наш выбор и представляется несколько прямолинейным, он дает возможность наиболее эффективно усвоить материал.

В последней части книги материал первых трех частей применяется к описанию свойств электрохимических систем. Некоторые факторы, важность которых будет видна из дальнейшего, качественно рассматриваются в вводной главе. Соответствующие представления излагаются на примере вращающихся цилиндров — системы, отличающейся от других сравнительной простотой распределения тока.

Книга рассчитана на аспирантов и студентов старших курсов, специализирующихся в области электрохимии и электрохимической технологии, а также на специалистов, занимающихся разработкой новых электрохимических систем. Предполагается, что читатель владеет дифференциальным и интегральным исчислением, а также знаком с методами классической физической химии.

План второй главы составлен Смерлом, работающим в настоящее время в «Сандиа лабораториз», а Ваши Вонг, работающий ныне в «Дженерал моторе сайенс сентер», набросал план пятой главы. Автор признателен и благодарен за поддержку и помощь, оказанную ему Комиссией по атомной энергии США через Отдел исследования неорганических материалов лаборатории Лоуренса в Беркли.

Дж. Ньюмен