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 промышленной автоматизации
Расчёты АСУТП: ПИД-регулятор, датчики, исполнительные механизмы, контуры управления, сети
Калькулятор клиренса креатинина (Кокрофт-Голт)
Расчёт клиренса креатинина по формуле Кокрофта-Голта. Оценка скорости клубочковой фильтрации (СКФ), определение стадии ХБП.
Калькулятор сырьевых товаров (нефть, газ, золото)
Рассчитайте стоимость контракта, P&L, конвертацию единиц и себестоимость для нефти, газа, золота и других сырьевых товаров.
Калькулятор биохимии
Кинетика Михаэлиса-Ментен, уравнение Хендерсона-Хассельбальха, концентрация ДНК/РНК по OD260, молекулярная масса белка, ферментативные единицы.
Калькулятор стипендии для студентов России
Расчёт академической и социальной стипендии, именных стипендий (Президента РФ — 22 800 руб.) и бюджета студента по ФЗ №273 и постановлениям Правительства.
Калькулятор облигаций (YTM, дюрация, НКД)
Рассчитайте доходность к погашению (YTM), дюрацию, НКД и цену облигации. Для ОФЗ, корпоративных и муниципальных бондов.
Калькулятор овуляции и календарь месячных
Рассчитайте день овуляции и фертильное окно для зачатия. Точный календарь менструального цикла.
Калькулятор ROC и AUC (точность, чувствительность)
Построение ROC-кривой, расчет AUC и метрик классификации (Accuracy, F1, Recall, Precision).
Калькулятор пивовара и винодела
Расчёт ABV, IBU по Tinseth, температурная коррекция ареометра. Для домашнего пивоварения и виноделия.
Совместимость групп крови
Таблица совместимости групп крови при переливании. Резус-конфликт при беременности, наследование группы крови ребёнка.
Калькулятор отпускных
Сумма отпускных по ТК РФ. Средний дневной заработок, количество дней, НДФЛ. Для бухгалтеров.
Калькулятор краудфандинговой кампании
Количество бэкеров, чистая прибыль, комиссии Planeta.ru и Boomstarter, налог УСН 6%.
Калькулятор социальных выплат (больничный, декретные, пособия)
Рассчитайте больничный лист, декретные выплаты, пособие по уходу за ребенком, материнский капитал и другие социальные пособия.
Ветеринарный калькулятор: дозировка, кормление, BCS и инфузия
Ветеринарные расчёты онлайн: дозировка лекарств, суточная норма кормления (RER/MER), упитанность BCS, инфузионная терапия, анестезия.
Калькулятор венчурного фонда (VC)
MOIC, IRR, DPI, carried interest и доход LP. Для фондов РВК, ФРИИ, Сколково. Поддержка ЗПИФ.