日报标题：电源的原理是什么，还得从水果能发电说起 Patrick Zhang，电气工程师 这个问题和电极电位有关。 看下图： 图中的西红柿电池，电压有 12.12V？苦笑脸，到底是 12.12V 还是 12 时 12 分？ 为何西红柿能发电？这是金属元素的电极电位在起作用。不过，西红柿电池的持续工作能力估计有限，不知道能否给手机应急充电？ 打开《无机化学》，我们在氧化还原的章节中能看到金属的活动特性顺序，如下： K、 Ca、 Na、 Mg 、Al 、Zn、 Fe 、Sn 、Pb、 (H) 、Cu、 Hg 、Ag 、Pt、 Au。 在酸性溶液的条件下，元素会氧化，例如铜，它会被氧化成为 。铜氧化后，与基底的铜形成了电势差，这种电势差叫做电极电位。其方程式如下： 注意，方程式左边是铜的氧化态，右边是它的还原态。从右边的元素变成左边的状态叫做氧化，反过来叫做还原。 我们看到，铜原子丢失了两个电子后，就形成了它的氧化态。这样一来，铜的氧化态与基底铜之间就会形成一个电压，叫做电极电位。 在酸性溶液中，元素的电极电位表如下： 这张表中，左边是某元素的氧化状态变化，中间是反应式，右边是电势差。 注意到一个重要的参照，就是氢，在上表的最底部，它的电极电位为零。其它所有元素的电极电位值都是参照 H 的电极电位来给定的。 注意到二价铜的电极电位是 0.3419V，二价锌的电极电位是 -0.7618V，我们把两者放在一起，会怎样呢？ 注意，图中左边是铜电极，右边是锌电极。 由于铜的电极电位比锌要高，所以电子流不断地从锌电极流入铜电极，铜离子得到电子后被还原，而更多的锌被氧化，也即锌原子的氧化数不断地持续升高。其结果就是锌被腐蚀掉了，直到锌电极完全被腐蚀光，反应才停止。 由于铜的电极电位是 0.3419V，锌的电极电位是 -0.7618V，于是电池的电动势 E 为： 这就是锌和铜的电池反应。 其中，左右两边都叫做半反应。它们的反应式为： 左边： 右边： 注意到一个很有意义的问题： 我们都知道，铜导线在自然情况下表面会发黑，这是它的氧化，铜的表面会生成 对。如果有水汽沾染，则会进一步与二氧化碳反应生成铜绿，即 Cu₂(OH)₂CO₃，一种固态物质。 我们知道，化学反应进行到底的条件是生成气体或者难溶的固体物质。当铜生成铜绿后，铜就会不断地受到持续性的腐蚀。 如果我们在铜的表面镀上一层锡，而锡的电极电位和铜的电极电位有如下关系： 查看金属元素的活泼性，我们发现锡排在铜的左边，所以锡比铜活泼。结果，锡就会不断地被腐蚀掉，而铜则不断地得到还原。 在这里，锡成为牺牲元素。 在实际的电路中，铜的表面镀锡十分常见。不管是导线，继电器触头导电杆，还是集成电路的表面，还有母线表面，常常见到铜镀锡。如果我们不希望锡成为牺牲元素，那么该怎么办？ 请记住这种现象的名称：金属材料的电化学腐蚀。 为了避免让锡成为牺牲元素，就必须在铜上完整地镀上锡，并且不能有破口。否则，就一定会让锡成为牺牲元素。 反过来，如果我们在铜的表面镀上一层银，或者镀上一层铬，如果镀层没有镀满，或者有破口，则因为铜比两者都活泼（见金属活动顺序表）。则铜将会受到持续性腐蚀。 阅读原文
