18.2: 电动势

电是由流经溶液或导电介质的电子或离子产生的。 这种电子流或特定的电荷被定义为电流。 当电子通过电线移动时，它们会产生电流。 可以回顾 ，在氧化还原反应中，电子会丢失和获得。 在锌 与铜的自发氧化还原反应中，当锌浸入铜离子溶液中时，电子从一种物质转移到另一种物质。

锌具有更大的失去电子的倾向，被氧化成锌离子，而铜离子则被还原为固体铜。 但是，这种反应不会产生电。

电流和电子的流动方式

电子转移直接从溶液中的还原剂转移到氧化剂。 即使半反应的组成部分在单独的容器中被物理隔离并通过外部导体 (如电线) 连接，反应物丢失和获取电子的趋势仍然存在。 但是，现在，电子被迫流过连接两个半反应的导线。 这种通过电线的电子流构成了电流，可以为电子设备 (如灯泡) 供电。 电流以安培为单位测量。 一安培等于每 秒一个库伦电荷的流量，等于每秒 6.24 × 10−18 个电子。

由于电子的电荷为 1.602 × 10⁻¹⁹ C ， 1 安培与每秒 6.242 × 1018 个电子的流量相关。

用于电流，电势差和电动势的驱动力

电流的流动类似于流过瀑布的水。 引力势能的差异驱动着水，而电子的流动则由反应物之间的电气势能的差异驱动。 “电势差” (Potential Difference) ，“电动势 (EMF) ” (电势差) 或“电池电势” (电势差) 一词描述了电气势能的这一差异。 EMF 是两个反应物和电子传输趋势之间的驱动力的度量单位。

有些氧化还原反应是自发的，而另一些反应则不是自发的。 例如，铜线会被银㈠离子自发氧化，但浸入铅㈡离子的溶液时，未能产率任何反应。 这是由于 AA+ (AQ) 和 Pb2+ (AQ) 这两个物种对铜的氧化还原活动不同：银离子会自动氧化铜，但铅离子不会氧化。 电化学中氧化还原反应的这一差异可以使用 ‘电池电势’ (电压) 一词来量化，通常也称为 ‘Voltage ’ (电压)。

两个隔离反应物的电池电势由一个电压表测量，电压表以单元电压为单位。 一伏电压与每一个库伦的电荷一焦耳势能相关。

高电池电势表示驱动力大且电子传输更容易。 最后，电动势或电池电势取决于反应物的性质，反应温度和反应中存在的离子的浓度。

本文改编自 OpenStax, 化学 2e, 第 17.3 节：电极和电池电势。

当电子流过导线，或离子流过溶液时，就会产生电流。这种电子流动，或者更具体地说，电荷的流动，被定义为电流。但是，是什么导致了电子的流动呢？请考虑铜和锌之间的氧化还原反应。当将锌电极放入铜离子溶液时，电子从一种物质转移到另一种物质。锌更容易失去电子，被氧化为锌离子，而铜离子 被还原为固态铜。在这个反应中，电子从锌流向铜，但是这个反应不会产生电。现在，请考虑反应物锌和铜，它们在物理上是分开的，并通过 外部导体连接，例如导线。反应物获得或失去电子的趋势 仍然存在，从而驱动电子 流过连接两个半反应的 导线。这种电子流构成了电流，并且可以 给电器供电，例如电灯泡。电流的度量以安培为单位。1 安培等于每秒 1 库仑 电荷的流量，相当于 每秒 6.24 10¹⁸ 个电子。电流的流动 类似于流下瀑布的水。水由 重力势能的差驱动，而电子流则由 反应物之间的电势能差 驱动。电势能的这种差异 可以由术语 电势差、电动势或电池电势来描述。电池电势是两种反应物之间的驱动力 以及电子转移趋势的量度。用电压表测量两个孤立反应物的电池电势，它的读数为电池电压。一伏特对应于每一库仑电荷的势能 是一焦耳。高电池电势表明驱动力大，电子转移更容易。最后，电池电势，或电动势，取决于反应物的性质、反应温度 和反应中存在离子的浓度。

• Electricity – The flow of electrons or ions through a conducting solution or medium.
• Electric Current – The flow of electrical charge, typically via electrons moving through a wire.
• Electron Transfer – The movement of electrons from one substance to another in a redox reaction.
• Electromotive force (emf) – Describes the difference in electrical potential energy between reactants.
• Cell Potential – A measure of the redox reactivity in electrochemistry, also commonly known as 'voltage'.

• Define Electricity – Explain how it is generated by electron or ion flow (e.g., electricity).
• Contrast Electric Current and Electron Transfer – Explain their roles in generating electricity (e.g., electric current).
• Explore Emf and Cell Potential – Describe how they drive the flow of electrons (e.g., emf).
• Explain the Mechanism of Electron Flow – Demonstrates how electrons flow through a wire to generate electricity.
• Apply in Context – Illustrate how understanding electron flow and electrical potential difference can be used in everyday applications.

• [Question 1] What is electricity and how does it involve electron or ion flow?
• [Question 2] How does the concept of emf and cell potential drive the flow of electrons?
• [Question 3] How does understanding electron flow and electrical potential difference apply to everyday life?

• Students – Understanding of electricity and its generation supports academic learning in physics and engineering.
• Educators – Offers a clear framework for teaching the concepts of electric current, emf, and cell potential.
• Researchers – Relevant for studies in electrical engineering, physics, and energy science.
• Science Enthusiasts – Provides insights into the generation of electricity, stimulating curiosity in science.