Muhimu Kazi na joto ya Mazingira

Sehemu ya 1. Baadhi ya sheria na ufafanuzi.

nguvu electromotive (EMF) ni muhimu nje ya nguvu uwanja sehemu inahusu chanzo sasa ... nguvu za nje kutenda electroplating seli katika mipaka baina electrolyte na electrodes. Pia kazi kwa mpaka kati vyuma mbili tofauti na kuamua kuwasiliana uwezo tofauti therebetween [5, uk. 193, 191]. Kiasi anaruka uwezo juu ya nyuso zote za sehemu ya mzunguko ni sawa na tofauti kati ya uwezo makondakta, iko katika ncha mnyororo, na inaitwa EMF EMF kondakta mzunguko ... mlolongo yenye tu ya makondakta wa aina ya kwanza ni sawa na kuruka kati ya uwezo wa kwanza na kondakta wa mwisho katika moja kwa moja kuwasiliana nao (Volta sheria) ... Kama mzunguko ni vizuri wazi, EMF mzunguko huu ni sifuri. Ili kurekebisha wazi mzunguko kondakta, ambayo ni pamoja electrolyte angalau moja, sheria husika volts ... Ni wazi, tu kondakta mzunguko inahusu kondakta angalau moja ya aina ya pili ni electrochemical seli (au minyororo kielektrokemikali vipengele) [1, p. 490-491].

Polyelectrolytes ni polima uwezo wa kuitenganisha katika ions katika ufumbuzi, na hivyo katika macromolecule huo, idadi kubwa ya madai ya ... crosslinked polyelectrolytes (exchangers ion, mara kwa mara ion kubadilishana resin) haina kufuta, tu kupanuka, wakati kubakiza uwezo wa kutenganisha [6, uk. 320-321]. Polyelectrolytes kutenganisha katika chaji hasi macroion na H + ions zinaitwa polyacids na dissociates katika ions chaji chanya na OH- macroion kuitwa poliosnovaniyami.

DONNAN msawazo uwezo tofauti uwezo kwamba hutokea katika awamu mpaka kati elektroliti miwili ikiwa kikomo hii si kupenyeka kwa ions wote. Impermeability mipaka kwa baadhi ioni inaweza kuwa imesababishwa, kwa mfano, kuwepo kwa utando na pores nyembamba sana ambayo ni haipitiki kwa chembe juu ya ukubwa fulani. Kuchagua upenyezaji wa interface hutokea na kama ioni yoyote kwa nguvu wanaohusishwa na moja ya awamu ya kwamba kuondoka kwa ujumla hawawezi. Hasa kuishi ionic ion kubadilishana resini, au ion kubadilishana kikundi fasta homopolar dhamana katika kimiani molekiuli au tumbo. ufumbuzi, kuwa ndani ya tumbo kama aina pamoja na hayo awamu moja; ufumbuzi walio nje, - pili [7. 77].

umeme safu mbili (EDL) ni zinazotokea katika interface ya awamu mbili seti ya tabaka oppositely kushtakiwa kutupa katika umbali fulani kutoka kwa kila mmoja [7. 96].

Peltier athari kutengwa huu au ngozi ya joto katika mawasiliano ya makondakta mbili tofauti kutegemea mwelekeo wa mkondo wa umeme inapita kwa njia ya kuwasiliana [2, uk. 552].

Sehemu ya 2: Kutumia joto kati katika electrolysis ya maji.

Fikiria utaratibu wa tukio la mzunguko wa seli electrochemical (hapa kipengele), umeonyesha schematically katika Mtini. 1, zaidi EMF kutokana na mawasiliano ya ndani ya uwezo tofauti (PKK) na athari za DONNAN (maelezo mafupi ya kiini cha DONNAN athari, PKK ndani na kuhusishwa Peltier joto hutolewa kwa sehemu ya tatu ya makala).

Mtini. 1. Mchoro uwakilishi wa kiini electrochemical: 1 - cathode hutumiwa ujumbe na ufumbuzi wa 3, electrochemical kupunguza hisia za cations electrolyte kutokea juu ya uso wake, alifanya ya kemikali ajizi sana doped n-semiconductor. Sehemu ya cathode kuunganisha kwenye chanzo cha nje voltage, metallized; 2 - anode hutumiwa ujumbe na ufumbuzi wa 4, juu ya uso wake kutokea kielektrokemikali oxidation majibu anions electrolyte, alifanya ya kemikali ajizi sana doped p semiconductor. Sehemu ya anode kuunganisha kwenye chanzo cha nje voltage, metallized; 3 - cathode nafasi, polyelectrolyte suluhisho, kuitenganisha katika maji macroion R- chaji hasi na chaji chanya counterions ndogo K + (katika mfano huu wa sasa ni ion hidrojeni H +); 4 - anode compartment polyelectrolyte ufumbuzi katika maji kuitenganisha katika chaji chanya macroion R + na counterions chaji hasi ndogo A- (katika mfano huu ni hidroksidi ions OH-); 5 - utando (diaphragm), ni hakuwezi makromolekiuli (macroion) polyelectrolytes, lakini kabisa kupenyeka kwa counterions ndogo K +, A- na molekuli ya maji ya pamoja nafasi ya 3 na 4; Evnesh - nje voltage chanzo.

Emf na DONNAN athari

Kwa ufafanuzi, electrolyte wa nafasi cathode (. 3, Kielelezo 1) imechaguliwa maji polyacid ufumbuzi (R-H +), electrolyte na anode compartment (4, Mtini 1.) - maji poliosnovaniya (R + OH-). Kutokana na polyacids dissociation katika compartment cathode, karibu na uso wa cathode (1, Mtini. 1), kuna mkusanyiko kuongezeka H + ions. Chanya malipo ya kuonekana katika maeneo ya jirani ya uso cathode si fidia chaji hasi macroions R-, kwa kuwa hawawezi kuja karibu na uso wa cathode kutokana na ukubwa wake na uwepo wa chaji chanya anga ionic (kwa maelezo kuona. Maelezo DONNAN athari katika Kiambatisho №1 ya sehemu ya tatu ya makala). Hivyo, safu ya mpaka wa ufumbuzi moja kwa moja katika kuwasiliana na uso cathode ina chaji chanya. Matokeo yake, kusimika umeme juu ya uso cathode, contiguous na ufumbuzi, kuna malipo hasi ya elektroni upitishaji. yaani katika interface kati ya uso cathode na DES ufumbuzi hutokea. Uwanja wa DES inasukuma elektroni kutoka cathode - kwa ufumbuzi.

Vile vile, katika anode (2, Mtini. 1), mpaka safu ya ufumbuzi katika anode compartment (4, Mtini. 1) moja kwa moja katika kuwasiliana na uso anode kina chaji hasi, na juu ya uso anode, contiguous na ufumbuzi, kuna malipo mazuri. yaani katika interface kati ya uso anode na ufumbuzi pia hutokea DES. Uwanja wa DES inasukuma elektroni kutoka ufumbuzi - anode.

Hivyo, uwanja wa DES saa interfaces ya cathode na anode na ufumbuzi, aliunga mkono mafuta ufumbuzi ion utbredningen, ni mbili ndani EMF chanzo, kaimu kwa tukio pamoja na chanzo cha nje, yaani, kusukuma mashtaka hasi kitanzi kinyume.

Dissociation poliosnovaniya polyacids na pia husababisha mafuta utbredningen kwa utando (5, Kielelezo 1) H + ions kutoka nafasi cathodic -. Kwa anode, na OH- ioni kutoka anode compartment - cathode. Macroion R + na R- polyelectrolytes haiwezi kusonga kwa utando, hivyo ni kutoka nafasi cathode kuna ziada hasi malipo, na kutoka anodic nafasi - ziada chanya malipo, yaani, kuna mwingine DPP kutokana na DONNAN athari. Hivyo, utando pia hutokea ndani ya EMF, Kaimu katika tamasha na chanzo cha nje ya joto utbredningen na kudumishwa ufumbuzi wa ions.

Katika mfano wetu, voltage kupitia kwa utando inaweza kufikia 0.83 volts, kama hii sambamba na mabadiliko katika uwezo wa electrode kiwango hidrojeni kutoka - volts 0.83 kwa 0 katika kipindi cha mpito kutoka kati ya alkali katika anode compartment cathode compartment tindikali mazingira. Kwa maelezo, kuona. Katika Kiambatisho №1 ya sehemu ya tatu ya makala.

Emf PKK kutoka ndani

Element EMF Hutokea, ikiwa ni pamoja katika kuwasiliana semiconductor anode na cathode na sehemu yao ya chuma kuwahudumia kuunganisha nje voltage chanzo. EMF Hii kutokana na PKK ndani. Ndani IF hakuundi, tofauti na uwanja wa nje katika nafasi ya jirani makondakta kuwasiliana, yaani Haitugusi mwendo wa chembe kushtakiwa nje makondakta. Ujenzi n-semiconductor / chuma / p-semiconductor ni kutosha inayojulikana na ni kutumika, kwa mfano, thermoelectric Peltier moduli. ukubwa wa EMF muundo vile katika joto la kawaida inaweza kufikia thamani za utaratibu wa 0.4-0.6 Volt [5, uk. 459, 2, uk. 552]. Fields katika anwani ni moja kwa moja kwa njia ambayo wao kushinikiza elektroni kinyume katika kitanzi, yaani tendo katika tamasha na chanzo cha nje. elektroni kuongeza kiwango cha nishati ya kati kufyonza joto ya Peltier.

Ndani IF kutokana kutokana na usambazaji wa elektroni katika maeneo ya mawasiliano ya electrodes na ufumbuzi, kinyume chake, inasukuma elektroni katika mwelekeo clockwise katika kitanzi. yaani mwendo wa elektroni katika Element kinyume katika anwani hizi lazima zilizotengwa Peltier joto. lakini kwa sababu uhamisho wa elektroni kutoka cathode katika ufumbuzi na ya suluhisho katika anode ni lazima akifuatana na majibu endothermic kuzalisha hidrojeni na oksijeni, joto la Peltier si iliyotolewa katika kati, na ni kupunguza athari endothermic, yaani kama "hifadhi" katika enthalpy ya malezi ya hidrojeni na oksijeni. Kwa maelezo, kuona. Katika Kiambatisho №2 sehemu ya tatu ya makala.

flygbolag (elektroni na ions) kuhamia katika Element mzunguko si njia ya kufungwa, bila malipo katika kipengele si kusonga katika mzunguko kufungwa. Kila anode elektroni zilizopatikana kutoka ufumbuzi (katika hali ya oxidation ya OH- ioni kwa molekuli za oksijeni), na kupita kwa njia ya mzunguko nje ya cathode, ni volatilized pamoja na molekuli hidrojeni (katika mchakato wa kufufua wa ioni H +). Vile vile ions OH- na H + si hoja katika mzunguko imefungwa, lakini tu kwa electrode sambamba, na kisha kuyeyuka katika mfumo wa hidrojeni molekiuli na oksijeni. yaani na ions na elektroni kila kusonga katika mazingira yake katika uwanja kasi ya DES, na mwisho wa njia, wakati wao kufikia juu ya electrode ni pamoja katika molekuli, kuwabadili nzima kuhifadhiwa nishati - nishati ya kemikali dhamana, na nje ya kitanzi!

Yote vyanzo vya ndani ya EMF Element, kupunguza gharama chanzo cha nje kwa electrolysis maji. Hivyo, joto la kawaida kufyonza mambo wakati wa operesheni yake ya kudumisha utbredningen ya DES, ni kupunguza gharama za chanzo cha nje, yaani, Huongeza electrolysis ufanisi.

Electrolysis ya maji bila chanzo chochote nje.

Katika marekebisho ya mchakato wa kutokea katika kipengele inavyoonekana katika Mtini. 1, chanzo vigezo nje si kuzingatiwa. Tuseme kwamba upinzani wa ndani ni sawa na Rd na voltage ya 0. Hiyo Evnesh electrodes Element ni shorted kwa mzigo passiv (angalia Mtini. 5). Katika hali hii, mwelekeo na ukubwa wa mashamba DES kutokana katika kiolesura katika mambo kubakia moja.

Mtini. 5. Badala Evnesh (Mtini. 1) ikiwa ni pamoja na passiv mzigo RL.

Kuamua hali ya hiari kati yake ya sasa katika kipengele hiki. Kubadilisha Gibbs uwezo, kwa mujibu wa formula (1) cha Kiambatisho №1 ya sehemu ya tatu ya makala:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Kama P> Δ H + S mod mod = 284.5-47.2 = 237.3 (KJ / Mol) = 1.23 (eV / molekuli)

Δ G arr <0 na mchakato hiari inawezekana.

Tutazingatia zaidi kwamba mambo kizazi hidrojeni majibu hutokea katika kati tindikali (electrode uwezo wa 0 volts), na oksijeni katika (uwezo electrode ya 0.4 volts) alkali. Kama electrode uwezo hutoa utando (5, Mtini. 5), voltage ambapo hii inapaswa kuwa 0.83 volts. yaani nishati required kwa ajili ya malezi ya hidrojeni na oksijeni ni kupunguzwa kwa 0.83 (eV / molekuli). Kisha hali ya uwezekano wa mchakato hiari ita:

P> 1.23-0.83 = 0.4 (eV / molekuli) = 77.2 (KJ / Mol) (2)

Tunaona kwamba nishati kizuizi hidrojeni na oksijeni molekuli zaweza kuepukwa na bila kutumia nje voltage chanzo. yaani hata katika n = 0.4 (eV / molekuli), yaani wakati ndani electrode HPDC 0.4 volts, kipengele itakuwa katika hali ya msawazo mwendo, na yoyote (hata kidogo) ya mabadiliko ya hali ya usawa kusababisha sasa katika mzunguko.

Kikwazo cha athari kwa electrodes ni uanzishaji wa nishati, lakini kuondolewa na athari handaki, kutokana kutokana na udogo wa pengo kati ya electrodes na ufumbuzi [7, p. 147-149].

Hivyo, kwa misingi ya masuala ya nishati, sisi kuhitimisha kwamba hiari ya sasa katika kipengele inavyoonekana katika Mtini. 5, inawezekana. Lakini nini sababu za kimwili unaweza kusababisha sasa hivi? Sababu hizi ni hapa chini:

1. Uwezekano wa mpito wa elektroni kutoka cathode katika ufumbuzi juu kuliko uwezekano wa mpito kutoka anode katika ufumbuzi, kwa vile n-semiconductor cathode ina mengi ya elektroni bure na kiwango cha juu ya nishati, na p semiconductor anode - tu "mashimo", na hizi "mashimo" ni katika ngazi ya nishati chini elektroni cathode;

2. utando mkono katika nafasi cathode wa mazingira tindikali, na katika anode - alkali. Kwa upande wa electrodes kifyonzi, hii husababisha ukweli kwamba cathode electrode uwezo inakuwa kubwa kuliko anode. Kwa sababu hiyo, elektroni lazima hoja kwa njia ya mzunguko ya nje kutoka anode cathode;

3. malipo ya uso wa ufumbuzi polyelectrolyte kutokana kutokana na DONNAN athari, inajenga katika electrode / ufumbuzi shamba kiasi kwamba shamba katika cathode kukuza elektroni mavuno kutoka cathode katika ufumbuzi, na shamba katika anode - elektroni kuingia anode kutoka ufumbuzi;

4. usawa mbele na nyuma athari katika electrodes (kubadilishana mikondo) upendeleo kwa H + ions athari ya moja kwa moja kupunguza saa cathode na oxidation ya OH- ioni katika anode, tangu ni akiongozana na malezi ya gesi (H 2 na O2) uwezo wa urahisi na kuacha eneo majibu (Le Chatelier ya kanuni).

Majaribio.

Kwa tathmini ya upimaji wa voltage hela mzigo kwa DONNAN athari, majaribio ilifanywa ambao cathode Element ilihusisha mkaa na nje grafiti electrode na anode - mchanganyiko wa mkaa na anion resini AB-17-8 na nje grafiti electrode. Electrolyte - maji NaOH ufumbuzi anode na cathode nafasi zimetenganishwa na waliona sintetiki. On electrodes wazi ya nje ya kipengele hiki alikuwa voltage ya 50 mV. Wakati wa kushikamana na kipengele cha nje mzigo 10 ohm fasta sasa ya wapatao 500 microamps. Wakati joto iliyoko ongezeko 20-30 0C voltage kwa electrode nje iliongezeka hadi 54 mV. Kuongezeka voltage kwenye joto la kawaida inathibitisha kuwa chanzo cha EMF ni kuenea, yaani mafuta mwendo wa chembe.

Kwa tathmini ya upimaji wa voltage hela mzigo kutoka ndani HPDC chuma / semiconductor majaribio ulifanyika ambapo kiini cathode lina synthetic poda grafiti na nje grafiti electrode na anode - unga wa boroni CARBIDE (B4C, s-semiconductor) na nje grafiti electrode. Electrolyte - maji NaOH ufumbuzi anode na cathode nafasi zimetenganishwa na waliona sintetiki. On electrodes wazi nje ya kipengele voltage mara kuhusu 150 mV. Unapounganisha mzigo nje ya kipengele 50 kOhm voltage imeshuka hadi 35 mV., Kama nguvu voltage tone kutokana na chini ya ndani boroni CARBIDE na, kama matokeo, high ndani ya upinzani Element. Uchunguzi voltage dhidi ya joto kwa kipengele cha muundo vile si kutekelezwa. Hii ni kutokana na ukweli kwamba, kwa semiconductor, kulingana na kemikali utungaji wake, kiwango cha ametumia madawa ya kulevya na mali nyingine, mabadiliko ya joto kwa njia tofauti huweza kuathiri yake cha Fermi. yaani joto athari kwa EMF Element (ongezeko au kupungua), katika kesi hii inategemea vifaa vya kutumika, hivyo hii si dalili majaribio.

Katika hatua hii ni kuendelea majaribio mwingine ambapo kiini cathode imeundwa ya mchanganyiko wa unga mkaa na KU-2-8 na nje ya chuma cha pua electrode na anode kutoka kwa mchanganyiko wa mkaa unga na anion resini AB-17-8 ya electrode nje kutoka chuma cha pua. Electrolyte - mmumunyo wa maji NaCl, anode na cathode nafasi zimetenganishwa na synthetic waliona. electrodes nje ya kipengele hiki na Oktoba 2011 ni uwezo wa muda wa mzunguko passiv ammeter. Sasa ambayo inaonyesha ammeter, kuhusu siku baada upande wake, ilipungua kwa 1 mA - hadi 100 MKA (ambayo ni inaonekana kutokana na ubaguzi wa electrodes), na tangu wakati huo zaidi ya mwaka mmoja haibadiliki.

Katika tafiti vitendo ilivyoelezwa hapo juu kuhusiana na ufanisi zaidi vifaa kutofikiwa kupatikana matokeo kikubwa chini ya kinadharia iwezekanavyo. Aidha, kuwa na ufahamu kwamba sehemu ya jumla ya EMF ndani Element kila mara zinazotumiwa kwa ajili ya kudumisha electrode majibu (uzalishaji wa hidrojeni na oksijeni) na haiwezi kupimwa kwa mzunguko wa nje.

Hitimisho.

Jumla yake, tunaweza kuhitimisha kwamba asili inaturuhusu kubadilisha nishati ya joto kuwa nishati muhimu au kazi, wakati kwa kutumia kama "heater" mazingira na si kuwa na "jokofu". Hivyo DONNAN athari na ya ndani IF waongofu mafuta nishati ya chembe kushtakiwa katika umeme shamba nishati DEL vile joto endothermic majibu ni waongofu katika nishati kemikali.

Kuchukuliwa mawasiliano kipengele hutumia joto kutokana kati na maji, na kutenga umeme, hidrojeni na oksijeni! Aidha, mchakato wa matumizi ya nishati na matumizi ya hidrojeni kama mafuta, na maji anarudi nyuma na joto kati!

Sehemu ya 3 ya Annex.

Sehemu hii ni zaidi kujadiliwa DONNAN msawazo athari, katika makutano ya ndani HPDC chuma / semiconductor na Peltier joto juu ya athari redoksi na electrode uwezo katika kipengele.

DONNAN potential (Kiambatisho №1)

Fikiria utaratibu wa tukio la DONNAN uwezekano polyelectrolyte. Baada dissociation polyelectrolyte counterions kuanza ndogo yake, na kuenea, na kuacha kiasi ulichukua na macromolecule. Directional usambazaji wa counterions ndogo makromolekiuli kiasi polyelectrolyte katika kutengenezea ni kutokana na kuongezeka kwa viwango vya kwa wingi wa macromolecule kama ikilinganishwa na maeneo mengine ya ufumbuzi. Zaidi ya hayo, kama, kwa mfano, counterions wadogo chaji hasi, hii husababisha kuwa sehemu ya ndani ya macromolecule ni chaji chanya, na ufumbuzi ni mara moja karibu na kiasi cha macromolecule - hasi. yaani karibu chaji chanya macroion kiasi, kuna aina ya "ion anga" ya ndogo kukabiliana ioni - chaji hasi. Kusitisha ionic anga malipo ukuaji hutokea wakati shamba umeme kati ya ion kiasi macroion anga na mizani mafuta usambazaji wa counterions ndogo. kusababisha msawazo uwezo tofauti kati ya anga na macroions ionic ni DONNAN uwezo. DONNAN uwezo pia inajulikana kama uwezo utando, kwa sababu Hali kama hiyo hutokea kwenye utando semipermeable, kwa mfano, wakati hutenganisha electrolyte ufumbuzi ambayo ina ioni ya aina mbili - uwezo na si uwezo wa kupita therethrough kutengenezea safi.

DONNAN uwezo inaweza kuchukuliwa kama kikwazo kesi ya uwezo utbredningen, wakati kutembea ya mmoja wa ioni (katika hili macroion kesi) ni sifuri. Kisha, kwa mujibu wa [1, p. 535], kwa kuchukua malipo ya kukabiliana sawa na moja:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), ambapo

Ed - DONNAN uwezo;

R - zima gesi ya mara kwa mara;

T - thermodynamic joto,

F - Faraday mara kwa mara;

a1, a2 - kukabiliana shughuli katika awamu ya anwani.

Katika mwanachama huyu, ambapo utando hutenganisha poliosnovaniya ufumbuzi (pH = Lg 1 = 14) na polyacid (pH = Lg 2 = 0), DONNAN uwezo kupitia kwa utando kwenye joto la kawaida (T = 300 0 K) itakuwa:

E d = (RT / F) (Lg 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 Volts

DONNAN uwezo kuongezeka kwa uwiano wa moja kwa joto. Kwa usambazaji wa electrochemical kiini Peltier joto ni chanzo pekee kwa ajili ya uzalishaji wa kazi muhimu, si ajabu kwamba vitu kama EMF kuongezeka na kuongezeka kwa joto. Katika kuenea kiini kwa ajili ya uzalishaji wa kazi, Peltier joto daima kuchukuliwa kutoka mazingira. Wakati mtiririko wa sasa kwa njia ya EDL sumu DONNAN athari, mwelekeo kuingiliana na mwelekeo chanya wa uwanja wa DES (yaani, wakati uwanja wa DES hufanya kazi chanya), joto hufyonzwa kutoka katika mazingira kwa ajili ya uzalishaji wa karatasi hii.

Lakini kipengele utbredningen ni endelevu na unidirectional mabadiliko katika mkusanyiko ion, ambayo hatimaye husababisha mgawanyo wa umakini na kuacha moja kwa moja kuenea, tofauti na msawazo DONNAN, ambapo, katika kesi ya kuvuja quasistatic mikondo ion mkusanyiko, mara baada ya kufikiwa thamani fulani, bado kubadilika .

Mtini. 2 inaonyesha mchoro wa redoksi uwezo wa athari ya hidrojeni na oksijeni wakati kubadilisha ukali wa ufumbuzi. chati inaonyesha kwamba electrode uwezo wa oksijeni malezi majibu kutokana na kukosekana kwa OH- ions (1.23 volts katika mazingira asidi) ni tofauti na uwezo huo wa viwango vya juu (volts 0.4 kwa alkali) kwenye 0.83 volts. Vile vile, electrode uwezo wa majibu hidrojeni kutengeneza kutokana na kukosekana kwa H + (-0.83 volts kwa alkali) ni tofauti na uwezo huo wa viwango vya juu (0 V katika kati asidi), pia katika 0.83 volts [4. 66-67]. yaani dhahiri kwamba 0.83 volts inahitajika ili kupata viwango vya juu wa maji katika ioni husika. Hii ina maana kwamba 0.83 volts inahitajika kwa ajili ya wingi wa upande wowote dissociation ya molekuli ya maji katika H + na OH-ions. Hivyo, kama utando mkono katika Element cathode nafasi tindikali kati yetu na kwa anodic alkali, voltage inaweza kufikia yake DEL 0.83 volts, ambayo ni katika mkataba mzuri na mahesabu ya kinadharia iliyotolewa mapema. voltage hii inatoa high conductivity nafasi DES utando kwa dissociation maji katika ions ndani yake.

Mtini. 2. Mchoro uwezo redox majibu

mtengano wa maji, na H ioni + na OH-katika hidrojeni na oksijeni.

IF na Peltier joto (Kiambatisho №2)

"Sababu ya Peltier athari ni kwamba nishati wastani wa flygbolag malipo (kwa elektroni yakini) kushiriki katika conductivity umeme katika makondakta mbalimbali za tofauti ... Katika kipindi cha mpito kutoka kondakta moja hadi elektroni nyingine au kusambaza ziada gridi ya umeme au kuongeza ukosefu wa nishati kwa gharama zake (kulingana na mwelekeo wa sasa).

Mtini. 3. Peltier athari kwa chuma mawasiliano na semiconductor n-: ԐF - Fermi cha; ԐC - chini ya upitishaji bendi ya semiconductor, ԐV - valence, I - chanya ya uongozi wa sasa, duru mishale umeonyesha schematically elektroni.

Katika kesi ya kwanza karibu mawasiliano ni huru, na wa pili - kinachojulikana kufyonzwa .. Peltier joto. Kwa mfano, kwa mawasiliano semiconductor - chuma (Kielelezo 3) nishati ya elektroni kwamba kupita kutoka n-aina semiconductor kwa chuma (kushoto kugusa) ni juu zaidi kuliko Fermi nishati ԐF. Kwa hiyo, wao ni kukiuka msawazo mafuta katika chuma. Usawa ni kurejeshwa kutokana na migongano, ambapo thermalized elektroni, kutoa ziada ya nishati fuwele. gridi ya taifa. semiconductor chuma (kugusa kulia) inaweza kupita tu elektroni zaidi juhudi, ili elektroni gesi katika chuma cools. On marejesho ya msawazo usambazaji wa oscillation nishati zinazotumiwa kimiani "[2, uk. 552].

Kuwasiliana chuma / p-semiconductor hali ni kama hiyo. Kwa sababu p conductivity semiconductor mashimo kutoa Valence yake band yaani chini ya usawa wa Fermi, kisha kuwasiliana itakuwa kupozwa, ambapo elektroni kati yake na p semiconductor kwa chuma. Peltier joto iliyotolewa au kufyonzwa kwa mawasiliano ya makondakta mbili, kutokana na uzalishaji wa hasi au chanya ya IF ndani.

Pamoja katika kushoto mawasiliano pengo (Mtini. 3), ambayo Peltier joto mgao, electrolytic kiini, kwa mfano, maji NaOH ufumbuzi (Kielelezo 4) na chuma semiconductor na n-basi ni kuwa kemikali ajizi.

Mtini. 4. kushoto mawasiliano n-semiconductor na chuma ni wazi na kuwekwa katika pengo la ufumbuzi electrolyte. Nyadhifa ni sawa kama katika Mtini. 3.

Kwa sababu, wakati mtiririko wa sasa «I», semiconductor ya n-elektroni nishati ya juu kuwasili ufumbuzi kuliko kutoka nje ya ufumbuzi katika chuma, nishati hii kupita kiasi (joto la Peltier) lazima kusimama katika kiini.

sasa kwa njia ya kiini inaweza kuwa tu kesi ya uvujaji humo athari electrochemical. Kama exothermic majibu katika kiini, joto Peltier ni huru katika kiini, kama zaidi ana mahali pa kwenda. Kama mmenyuko katika kiini - endothermic, Peltier joto ni yote au sehemu kufidia athari endothermic, yaani, kuunda bidhaa majibu. Katika mfano huu, jumla ya kiini majibu: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, hivyo joto (nishati) ya Peltier ni kujenga molekuli na H2 O2, ni sumu kwenye electrodes. Hivyo, sisi kupata kwamba joto la Peltier kuchaguliwa katika kati katika haki n-mawasiliano semiconductor / chuma si iliyotolewa tena kwenye mazingira, na kuhifadhiwa katika mfumo wa nishati ya kemikali ya hidrojeni na oksijeni molekuli. Ni wazi, uendeshaji wa chanzo cha nje voltage hutumika kwa electrolysis ya maji, katika kesi hii itakuwa ndogo kuliko katika kesi ya electrodes kufanana, na kusababisha hakuna tukio la Peltier athari ..

Bila kujali mali ya electrodes, electrolytic kiini yenyewe inaweza kunyonya au kuzalisha joto wakati kupitia Peltier sasa dharura. nusu-tuli hali, mabadiliko ya uwezo wa seli Gibbs [4, uk. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, ambapo

Δ H - enthalpy mabadiliko ya seli;

T - thermodynamic joto,

Δ S - mabadiliko katika entropy ya kiini,

Q = - T Δ S - joto la Peltier kiini.

Kwa hidrojeni na oksijeni kielektrokemikali kisanduku katika T = 298 (K), mabadiliko katika enthalpy ΔHpr = - 284.5 (KJ / Mol) [8, p. 120], mabadiliko katika Gibbs uwezo [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96,485 * 1.23 = - 237.3 (KJ / Mol), ambapo

z - Idadi ya elektroni kwa molekuli;

F - Faraday mara kwa mara;

E - EMF kiini.

kwa hiyo

Q ave = - T Δ S ave = Δ G nk - Δ H nk = - 237.3 + 47.2 = 284.5 (KJ / Mol)> 0,

yaani hidrojeni na oksijeni kielektrokemikali kiini inazalisha joto katika mazingira Peltier, wakati kuboresha entropy yake na kupunguza yake. Kisha, katika mchakato kinyume, electrolysis ya maji, ambayo ni kesi katika mfano wetu, Peltier joto Q mod = - Q ave = - 47.3 (KJ / Mol) ya electrolyte itakuwa kufyonzwa kutoka mazingira.

Kuashiria P - Peltier joto kuchukuliwa kutoka mazingira ya haki n-mawasiliano semiconductor / chuma. joto P> 0 lazima kusimama katika kiini, lakini kwa sababu mtengano wa maji katika kiini endothermic majibu (Δ H> 0), Peltier joto P ni kufidia athari joto ya majibu:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod                                                                        (1)

Mod Q inategemea tu na muundo wa electrolyte, tangu Ni tabia ya seli electrolytic na electrodes ajizi, na n ni tegemezi tu kwenye vifaa electrode.

Mlinganyo (1) inaonyesha kuwa joto la Peltier P na Peltier joto mod Q, ni uzalishaji wa kazi muhimu. yaani Peltier joto kuchukuliwa mbali na wa kati inapunguza gharama za nje nguvu chanzo zinahitajika kwa electrolysis. hali ambayo joto kati ni chanzo cha nguvu kwa ajili ya uzalishaji wa kazi muhimu, ni tabia ya kuenea, na pia kwa ajili ya seli nyingi electrochemical, mifano ya vipengele kama ni inavyoonekana katika [3, uk. 248-249].

Marejeo

1. Gerasimov Ya. I. mwendo wa kemia ya kimwili. Tutorial: Kwa vyuo vikuu. V 2 t. T.II. - 2 ed .. - M:. Chemistry, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier athari. // Physical huru. Katika 5 m. T. III. Magneto - Poynting theorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. kuhesabu. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov na wengine - M:.. Mkuu wa Urusi Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. Katika 2 vitabu. Vol. 1. Muundo wa suala. Thermodynamics: Proc. kwa shule za sekondari; KS Krasnov, N. K. vorobev, I. wenzake Godnev -. 3 ed .. - M:. Juu. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. Katika 2 vitabu. Vol. 2. Electrochemistry. kinetics kemikali na kichocheo: Proc. kwa shule za sekondari; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Juu. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV ujumla hali ya fizikia. Tutorial: Kwa vyuo vikuu. Katika 5 m. T.III. Umeme. - toleo la 4, ubaguzi .. - M: FIZMATLIT;. Kuchapisha nyumba ya MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Physical kemia ya polima. - M:. Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical kinetics, kutafsiriwa kutoka lugha Ujerumani kwa marekebisho ya mwandishi kwa toleo la Urusi, mwisho na Corr. USSR Chuo cha Sayansi prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. Katika 2 v. T.I., kutafsiriwa kutoka lugha ya Kiingereza ya daktari wa sayansi ya kemikali Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 p.