Kapaki-pakinabang Work sa pamamagitan ng init ng Kapaligiran

Part 1. Ang ilang mga tuntunin at mga kahulugan.

Ang elektromotibo puwersa (emf) ay mahalagang panlabas na bahagi force field na binubuo ng isang kasalukuyang source ... panlabas na puwersa na kumikilos sa electroplating cells sa hangganan sa pagitan ng electrolyte at ang electrodes. Sila rin gumana sa ang hangganan sa pagitan ng dalawang hindi magkaparis mga metal at matukoy ang mga contact potensyal na pagkakaiba sa therebetween [5, p. 193, 191]. Halaga jumps potensyal sa lahat ng ibabaw ng seksyon ng circuit ay katumbas ng mga potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng mga conductors, na matatagpuan sa dulo ng chain, at ay tinatawag na puwersa elektromotibo emf konduktor circuit ... chain na binubuo lamang ng mga conductors ng unang uri ay katumbas ng mga potensyal na tumalon sa pagitan ng una at huling konduktor sa direktang makipag-ugnayan sa kanila (Volta batas) ... Kung ang circuit ay maayos bukas, ang emf circuit na ito ay zero. Upang iwasto ang mga bukas-circuit konduktor, na kasama ang hindi bababa sa isang electrolyte, naaangkop volts batas ... Malinaw, lamang ang konduktor circuit na binubuo ng hindi bababa sa isang konduktor ng ikalawang uri ay electrochemical cell (o chain electrochemical elemento) [1, p. 490-491].

Polyelectrolytes ay polymer na may kakayahang dissociating sa ions sa solusyon, kaya sa parehong macromolecule, ang isang malaking bilang ng mga umuulit na mga pagsingil ... crosslinked polyelectrolytes (ion exchangers, Ion exchange dagta) ay hindi matunaw, lamang ng kaunting halaga, habang napananatili ang kakayahang maghiwalay [6, p. 320-321]. Polyelectrolytes maghiwalay sa negatibong sisingilin macroion at H + ions ay tinatawag polyacids at naghihiwalay sa iong positibo sisingilin ions at OH- macroion tinatawag poliosnovaniyami.

Donnan balanse potensyal ay ang mga potensyal na mga pagkakaiba na nangyayari sa phase hangganan sa pagitan ng dalawang mga electrolytes kung limitasyong ito ay hindi natatagusan sa lahat ng ions. limitasyon impermeability para sa ilang mga ions ay maaaring sanhi ng, halimbawa, ang pagkakaroon ng lamad na may napaka-makitid pores na kung saan ay hindi maraanan para sa mga particle sa itaas ng isang tiyak na laki. Selective pagkamatagusin ng interface ay nangyayari at kung ang anumang ions kaya masidhi naka-link sa isa sa mga phases na iwanan ito sa pangkalahatan ay hindi. Eksakto kumilos ionic Ion exchange dagta, o Ion exchange group na naayos homopolar bond sa molecular sala-sala o matrix. Ang solusyon, pagiging sa loob ng naturang matrices form kasama ito ng isang solong phase; solusyon, nasa labas, - ang ikalawang [7. 77].

Ang electric double layer (EDL) ay nagaganap sa interface ng dalawang phase set ng mga magkasalungat na sisingilin layer itapon sa isang tiyak na distansya mula sa bawat isa [7. 96].

Peltier epekto ito paghihiwalay o pagsipsip ng init sa mga contact ng dalawang magkaibang mga conductors depende sa direksyon ng electric kasalukuyang umaagos sa pamamagitan ng contact [2, p. 552].

Part 2: Ang paggamit ng init medium sa elektrolisis ng tubig.

Isaalang-alang ang mga mekanismo ng mga pangyayari ng mga circuit ng electrochemical cell (simula dito-element), na ipinapakita schematically sa Fig. 1, mas emf dahil sa ang panloob na contact potensyal na pagkakaiba sa (PKK) at ang epekto ng Donnan (maikling paglalarawan ng ang kakanyahan ng Donnan epekto, panloob na PKK at ang kaugnay na Peltier init ay ibinigay sa ikatlong bahagi ng artikulo).

Fig. 1. Eskematiko representasyon ng isang electrochemical cell: 1 - ang katod ay makipag-ugnayan na may isang solusyon ng 3, ang electrochemical pagbabawas reaksyon ng electrolyte cations nangyari sa kanyang ibabaw, na ginawa ng isang chemically hindi gumagalaw mabigat doped n-semiconductor. Bahagi ng katod pagkonekta nito sa isang panlabas na boltahe source, metallized; 2 - anod ay makipag-ugnayan sa isang solusyon ng 4, sa ibabaw niyaon mangyari electrochemical oksihenasyon reaksyon ng anions electrolyte, gawa sa chemically hindi gumagalaw mabigat doped p-semiconductor. Bahagi ng ang anod ng pagkonekta nito sa isang panlabas na boltahe source, metallized; 3 - katod espasyo, polyelectrolyte solusyon, dissociating sa tubig sa macroion R- negatibong sisingilin at positibo sisingilin counterions maliit na K + (sa kasalukuyan halimbawa ay ang hydrogen ion H +); 4 - anode kompartimento polyelectrolyte solusyon sa tubig dissociating sa positibo sisingilin macroion R + at negatibong sisingilin counterions maliit A- (sa halimbawang ito dito haydroksayd ions OH-); 5 - ang lamad (dayapragm), ay hindi tatagusan sa macromolecules (macroion) polyelectrolytes, ngunit lubos na natatagusan sa maliit na counterions K +, A- at tubig molecules shared space 3 at 4; Evnesh - isang panlabas na boltahe source.

emf sa pamamagitan Donnan effect

Para sa kaliwanagan, ang electrolyte ng katod espasyo (. 3, Figure 1) ay pinili aqueous polyacid solusyon (R-H +), electrolyte at ang anod compartment (4, fig 1.) - aqueous poliosnovaniya (R + OH-). Bilang isang resulta ng paghihiwalay polyacids sa katod kompartimento, malapit sa ibabaw ng katod (1, Fig. 1), mayroong mas mataas na konsentrasyon ng H + ions. Ang tiyak na bayad na lumilitaw sa paligid ng katod ibabaw ay hindi bayad negatibong sisingilin macroions R-, dahil hindi sila maaaring lumapit sa ang ibabaw ng katod dahil sa laki nito at ang pagkakaroon ng isang positibong sisingilin ionic kapaligiran (para sa mga detalye makita. Paglalarawan Donnan epekto sa Annex №1 ng ikatlong bahagi ng artikulo). Kaya, ang boundary layer ng isang solusyon nang direkta sa contact na may katod ibabaw ay may positibong singil. Bilang isang resulta, ang isang electrostatic induction sa katod ibabaw, magkadikit na may mga solusyon, diyan ay isang negatibong singil ng mga electron pagpapadaloy. ibig sabihin, sa interface sa pagitan ng mga ibabaw katod at DES solusyon ay nangyayari. Field ng DES tinutulak electron mula sa katod - sa solusyon.

Katulad nito, sa anod (2, Fig. 1), ang hangganan layer ng solusyon sa anod compartment (4, Fig. 1) direkta sa contact na may ang mga negatibong elektrod ibabaw ay may isang negatibong singil, at sa anode ibabaw, magkadikit na may mga solusyon, mayroong isang positibong bayad. ibig sabihin, sa interface sa pagitan ng ibabaw anod at ang solusyon ay nangyayari din DES. Field ng DES tinutulak electron mula sa mga solusyon - isang anod.

Kaya, ang mga larangan ng DES sa mga interface ng katod at anod sa solusyon, suportado thermal solusyon ion pagsasabog, dalawang panloob na emf pinagmulan, kumikilos sa konsiyerto sa isang panlabas na pinagmulan, ibig sabihin, itulak ang mga negatibong mga singil sa loop pakaliwa.

Dissociation poliosnovaniya polyacids at din nagiging sanhi ng thermal pagsasabog sa pamamagitan ng mga lamad (5, Figure 1) H + ions mula sa cathodic puwang -. Sa anod, at OH- ions mula sa anod compartment - isang katod. Macroion R + at R- polyelectrolytes ay hindi maaaring ilipat sa pamamagitan ng lamad, kaya mula sa katod space doon ay isang labis na negatibong bayad, at mula sa anodic space - isang labis na positibong bayad, ibig sabihin, mayroong isa pang DPP dahil sa ang Donnan epekto. Kaya, ang lamad ay nangyayari rin sa loob ng emf, kumikilos sa konsiyerto sa isang panlabas na pinagmulan ng init pagsasabog at pinananatili ang solusyon ng mga ions.

Sa aming halimbawa, ang boltahe sa kabila ng lamad ay maaaring maabot ang 0.83 volts, tulad ng ito ay tumutugon sa isang pagbabago sa mga potensyal na ng mga standard hydrogen electrode mula sa - 0.83-0 volts sa paglipat mula sa alkalina daluyan sa anod compartment ang katod kompartimento acidic kapaligiran. Para sa mga detalye, tingnan ang. Sa Annex №1 ng ikatlong bahagi ng artikulo.

emf PKK mula sa loob

Ang emf Element Ito ay nangyayari, kabilang sa contact semiconductor anod at katod sa kanilang mga bahagi metal serving upang ikonekta ang mga panlabas na boltahe source. emf na ito dahil sa mga panloob PKK. Internal KUNG hindi lumikha, sa kaibahan sa panlabas na field sa puwang na pumapalibot sa conductor contact, ibig sabihin, Hindi nito naaapektuhan ang galaw ng sisingilin particle sa labas ng conductors. Construction n-semiconductor / metal / p-semiconductor ay sapat na kilala at ginagamit, halimbawa, ang isang thermoelectric Peltier module. Ang magnitude ng emf tulad ng isang istraktura sa room temperatura ay maaaring maabot ang mga halaga ng mga pagkakasunud-sunod ng 0.4-0.6 bolta [5, p. 459; 2, p. 552]. Patlang ng mga contact nakadirekta sa paraan na sila itulak electron pakaliwa sa loop, ibig sabihin, kumilos sa konsiyerto sa panlabas na pinagmumulan. Ang mga electron itaas ang antas ng enerhiya ng daluyan sumisipsip ng init ng Peltier.

Internal KUNG nagbubuhat dahil sa ang pagsasabog ng mga electron sa mga lugar ng contact sa mga electrodes at ang solusyon, sa laban, tinutulak electron sa clockwise direksyon sa loop. ibig sabihin, ang galaw ng mga electron sa Element pakaliwa sa mga contact na ito ay dapat na inilalaan Peltier init. Pero dahil ang paglipat ng mga electron mula sa katod sa solusyon at ang solusyon sa anod ay kinakailangang may kasamang isang endothermic reaction pagbuo ng hydrogen at oxygen, init ng Peltier ay hindi inilabas sa ang daluyan, at ay upang mabawasan ang endothermic epekto, hal tulad ng "conserved" sa entalpya ng pagbubuo ng hydrogen at oxygen. Para sa mga detalye, tingnan ang. Sa Annex №2 ang ikatlong bahagi ng artikulo.

carrier (electron at ions) ilipat sa Element circuit hindi closed path, walang bayad sa elemento ay hindi gumagalaw sa isang closed circuit. Ang bawat electron anode na nakuha mula sa ang solusyon (sa kurso ng oksihenasyon ng OH- ions sa oxygen molecules), at dumaan sa isang panlabas na circuit sa katod, ay volatilized kasama hydrogen molecules (nasa proseso ng pagbawi ng ions H +). Katulad nito ions OH- at H + ay hindi ilipat sa isang closed circuit, ngunit lamang sa kaukulang elektrod, at pagkatapos ay maglaho sa anyo ng molecular hydrogen at oxygen. ibig sabihin, at ang ions at electron sa bawat gumagalaw sa kapaligiran nito sa accelerating larangan ng des, at ang dulo ng path, kapag naabot nila ang ibabaw ng elektrod ay pinagsama sa Molekyul, nagko-convert ang buong naka-imbak ng enerhiya - ang enerhiya ng isang kemikal bono, at sa labas ng loop!

Ang lahat ng mga panloob na mga mapagkukunan ng emf Element, bawasan ang mga gastos sa mga panlabas na mapagkukunan ng tubig elektrolisis. Kaya, ang init ng ambient sumisipsip sangkap panahon ng operasyon nito upang mapanatili ang pagsasabog ng des, ay upang mabawasan ang gastos ng mga panlabas na source, ibig sabihin, Ito ay nagdaragdag ng elektrolisis kahusayan.

Elektrolisis ng tubig nang walang anumang panlabas na pinagmumulan.

Sa pagrepaso sa mga proseso na nagaganap sa elemento na ipinapakita sa Fig. 1, isang panlabas na mga parameter na pinagmulan ay hindi kinuha sa account. Ipagpalagay na ang panloob na pagtutol ay katumbas ng Rd at isang boltahe ng 0. Iyon Evnesh Element electrodes ay shorted sa isang passive load (tingnan ang Fig. 5). Sa kasong ito, ang mga direksyon at magnitude ng DES patlang na magmumula sa interface sa ang mga elemento ay mananatiling pareho.

Fig. 5. Sa halip Evnesh (Fig. 1) kabilang passive load RL.

Tukuyin ang mga kondisyon ng kusang kasalukuyang daloy sa elementong ito. Ang pagbabago ng mga potensyal Gibbs, ayon sa formula (1) ng Annex №1 ng ikatlong bahagi ng artikulo:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Kung P> Δ H + Q mod mod = 284.5-47.2 = 237.3 (kJ / Mol) = 1.23 (eV / Molekyul)

ang Δ G arr <0 at kusang proseso ay posible.

Isasaalang-alang namin na ang karagdagang mga elemento ng hydrogen generation reaksyon ay nangyayari sa isang acidic medium (elektrod potensyal ng 0 volts), at oxygen sa isang alkalina (elektrod potensyal ng 0.4 volts). Ang ganitong mga elektrod potensyal nagbibigay ng isang lamad (5, Fig. 5), ang boltahe sa kung saan ito ay dapat na 0.83 volts. ibig sabihin, ang enerhiya na kinakailangan para sa pagbuo ng hydrogen at oxygen ay mababawasan ng 0.83 (eV / Molekyul). Pagkatapos ay ang kalagayan ng ang posibilidad ng kusang proseso ay:

P> 1.23-0.83 = 0.4 (eV / Molekyul) = 77.2 (kJ / Mol) (2)

Nakakatagpo kami na ang enerhiya barrier ng hydrogen at oxygen molecule avoidable at nang hindi gumagamit ng isang panlabas na boltahe source. ibig sabihin, kahit na sa n = 0.4 (eV / Molekyul), hal kapag ang mga panloob na elektrod HPDC 0.4 volts, elemento ay sa isang estado ng mga dynamic na punto ng balanse, at anumang (kahit maliit) pagbabago ng mga kondisyon na balanse ay magiging sanhi ng kasalukuyang sa circuit.

Ang isa pang balakid sa reaksyon sa electrodes ay ang activation enerhiya, ngunit ito ay eliminated sa pamamagitan ng tunel epekto, na magmumula dahil sa kaliitan ng mga puwang sa pagitan ng mga electrodes at ang solusyon [7, p. 147-149].

Kaya, sa batayan ng enerhiya pagsasaalang-alang, tapusin namin na kusang kasalukuyang sa elemento na ipinapakita sa Fig. 5, ito ay posible. Ngunit ano ang mga pisikal na mga kadahilanan ay maaaring maging sanhi ng ang kasalukuyang? Mga kadahilanang ito ay nakalista sa ibaba:

1. Ang posibilidad ng paglipat ng mga electron mula sa katod sa solusyon mas mataas kaysa sa ang posibilidad ng paglipat mula sa anod sa solusyon, dahil n-semiconductor katod ay may isang pulutong ng mga libreng mga electron na may isang mataas na antas ng enerhiya, at ang p-semiconductor anode - lamang "butas", at ang mga "butas" ay sa isang antas ng enerhiya sa ibaba ng katod electron;

2. Ang membrano ay suportado sa katod espasyo ng isang acidic na kapaligiran, at sa anode - alkalina. Sa kaso ng mga hindi gumagalaw electrodes, ito ay humahantong sa ang katunayan na ang isang katod elektrod potensyal na nagiging mas malaki kaysa sa anod. Bilang resulta, electron dapat ilipat sa pamamagitan ng isang panlabas na circuit mula sa anod sa katod;

3. Ang ibabaw bayad sa mga solusyong polyelectrolyte na magmumula dahil sa ang Donnan epekto, lumilikha ang elektrod / solusyon ang patlang tulad na ang mga patlang sa katod nagtataguyod electron ani mula sa katod sa solusyon, at parang sa anod - entry electron sa anod mula sa mga solusyon;

4. balanse pasulong at reverse reaksyon sa electrodes (exchange alon) kampi papunta sa H + ions direct pagbabawas reaksyon sa katod at oksihenasyon ng OH- ions sa anod, dahil sila ay sinamahan ng pagbuo ng gas (H2 at O2) na may kakayahang madaling umaalis reaksyon zone (Le Chatelier ni Prinsipyo).

Mga eksperimento.

Para sa nabibilang na pagsusuri ng boltahe sa kabila ng pag-load sa pamamagitan ng Donnan epekto, ang isang eksperimento ay ginanap kung saan ang katod Element binubuo ng activated carbon sa outer grapayt elektrod at isang anod - isang halo ng activated carbon at anion dagta AB-17-8 na may panlabas na grapayt elektrod. Electrolyte - aqueous NaOH solusyon, anod at katod espasyo ay pinaghihiwalay ng isang gawa ng tao nadama. Sa open panlabas electrodes ng elementong ito ay nagkaroon ng isang boltahe ng tungkol sa 50 mV. Kapag konektado sa isang elemento ng ang panlabas na load 10 oum naayos kasalukuyang ng tungkol sa 500 microamps. Kapag ang ambient temperatura ay nagdaragdag 20-30 0C boltahe sa mga panlabas na elektrod nadagdagan sa 54 mV. Ang pagtaas sa boltahe sa ambient temperatura Kinukumpirma na ang mga pinagmulan ng mga emf ay pagsasabog, hal thermal galaw ng mga particle.

Para sa nabibilang na pagsusuri ng boltahe sa kabila ng pag-load mula sa inner HPDC metal / semiconductor eksperimento ay isinasagawa kung saan ang mga cell katod ay binubuo ng synthetic grapayt pulbos na may panlabas na grapayt elektrod at isang anod - isang pulbos ng boron karbid (B4C, p-semiconductor) sa mga panlabas na grapayt elektrod. Electrolyte - aqueous NaOH solusyon, anod at katod espasyo ay pinaghihiwalay ng isang gawa ng tao nadama. Sa open panlabas electrodes ng elemento boltahe ay tungkol sa 150 mV. Kapag pagkonekta sa panlabas na-load sa elemento 50 kOhm boltahe ay bumaba sa 35 mV., Ang ganitong mga isang malakas na boltahe drop dahil sa ang mababang intrinsic boron karbid at, bilang isang resulta, ang isang mataas panloob na pagtutol Element. Imbestigasyon boltahe versus temperatura para sa isang elemento ng naturang istraktura ay hindi natupad. Ito ay dahil sa ang katunayan na ang, para sa isang semiconductor, depende sa kanyang chemical komposisyon, na antas ng doping at iba pang mga ari-arian, ang temperatura pagbabago sa iba't ibang mga paraan maaaring makaimpluwensya sa kanyang Fermi antas. ibig sabihin, temperatura epekto sa emf Element (pagtaas o pagbaba), sa kasong ito ay depende sa mga materyales na ginamit, kaya ito ay hindi nagpapakilala ng eksperimento.

Sa puntong ito ito ay nagpatuloy sa isa pang eksperimento kung saan cell katod ay ginawa ng isang halo ng activated carbon powder at KU-2-8 sa outer hindi kinakalawang na asero elektrod at ang anod mula sa isang halo ng activated carbon powder at anion dagta AB-17-8 sa panlabas na elektrod mula hindi kinakalawang na asero. Electrolyte - may tubig solusyon ng NaCl, ang anod at katod espasyo ay pinaghihiwalay ng isang gawa ng tao mararamdaman. Panlabas na electrodes ng mga ito ng elemento kay october 2011 ay magagawang upang makahadlang sa passive amperimetro. Current kung saan nagpapakita ng isang amperimetro, tungkol sa isang araw pagkatapos ng pagliko, nabawasan ng 1 MA - hanggang sa 100 MKA (na kung saan ay tila dahil sa ang polariseysyon ng electrodes), at mula noon higit sa isang taon ay hindi nagbabago.

Sa praktikal na mga eksperimento na inilarawan sa itaas na may kaugnayan sa mas epektibong mga materyales kahirapan sa pagkarating nakuha mga resulta malaki mas mababa kaysa theoretically maaari. Sa karagdagan, magkaroon ng kamalayan bahaging iyon ng kabuuang panloob na emf Element laging natupok para sa pagpapanatili ng elektrod reaksyon (ang produksyon ng hydrogen at oxygen) at hindi maaaring sinusukat sa panlabas na circuit.

Konklusyon.

Lagom, maaari naming tapusin na likas na katangian ay nagbibigay-daan sa amin upang i-convert thermal enerhiya sa kapaki-pakinabang na enerhiya o trabaho, habang ginagamit bilang isang "heater" kapaligiran at hindi pagkakaroon ng isang "refrigerator". Kaya Donnan effect at panloob KUNG convert thermal enerhiya ng sisingilin particle sa electric field enerhiya DEL bilang ang endothermic reaction init ay convert sa kimiko enerhiya.

Itinuturing contact element consumes init mula sa medium at tubig, at naglalaan ng kuryente, hydrogen at oxygen! Bukod dito, ang proseso ng enerhiya consumption at ang paggamit ng hydrogen bilang isang gasolina, at ang tubig ay bumalik pabalik sa daluyan init!

Part 3 ng Annex.

Bahagi na ito ay karagdagang tinalakay Donnan balanse epekto, sa kanto ng panloob HPDC metal / semiconductor at Peltier init sa redox reaksyon at elektrod potensyal sa elemento.

Donnan potensyal (Appendix №1)

Isaalang-alang ang mga mekanismo ng pangyayari ng Donnan potensyal para sa polyelectrolyte. Pagkatapos ng paghihiwalay polyelectrolyte counterions magsisimulang kanyang maliit na, sa pamamagitan ng pagsasabog, nag-iiwan sa dami inookupahan ng mga macromolecule. Directional pagsasabog ng counterions ng mga maliliit na dami ng polyelectrolyte macromolecules sa pantunaw ay dahil sa mas mataas na konsentrasyon sa mga bulk ng macromolecule kumpara sa ang natitirang bahagi ng ang solusyon. Dagdag dito, kung, halimbawa, maliit counterions negatibong sisingilin, ito resulta sa na ang mga panloob na bahagi ng macromolecule ay positibo sisingilin, at ang solusyon ay kaagad na katabi ang lakas ng tunog ng macromolecule - negatibo. ibig sabihin, sa paligid ng isang positibong sisingilin macroion volume, may ay isang uri ng "ion kapaligiran" ng maliit na counter-ions - negatibong sisingilin. Pagwawakas ionic kapaligiran singil paglago ay nangyayari kapag ang electrostatic patlang sa pagitan ng mga ion ng lakas ng tunog macroion kapaligiran at mga balanse ng mainit pagsasabog ng mga maliliit na counterions. Ang resultang balanse potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng kapaligiran at ang ionic macroions ay Donnan potensyal. Donnan mga potensyal na ay din na sinasangguni na lamad potensyal, dahil isang katulad na sitwasyon ay nangyayari sa isang semi-natatagusan lamad, halimbawa, kapag ito ay naghihiwalay sa electrolyte solusyon na may ions ng dalawang uri - na may kakayahang at walang kakayahan ng pagpasa therethrough ng purong pantunaw.

Donnan potensyal na maaaring ituring bilang takda sa kaso ng mga potensyal na pagsasabog, kapag ang kadaliang mapakilos ng isa sa mga ions (sa kasong ito macroion) ay zero. Pagkatapos, ayon sa [1, p. 535], pagkuha singil ng counter katumbas ng isa:

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

Ed - Donnan potensyal;

R - universal gas constant;

T - thermodynamic temperatura;

F - Faraday constant;

a1, a2 - counter-aktibidad sa phase contact.

Sa ganitong miyembro, kung saan ang lamad naghihiwalay poliosnovaniya solusyon (PH = Lg isang 1 = 14) at polyacid (PH = Lg isang 2 = 0), Donnan mga potensyal na sa kabila ng lamad sa room temperatura (T = 300 0 K) ay magiging:

E d = (RT / F) (sa Lg isang 1 - Lg isang 2) Ln (10) = (8.3 * 300/96500) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 Volts

Donnan potensyal na pagtaas sa direktang proporsyon sa temperatura. Para sa pagsasabog ng electrochemical cell Peltier init ay ang tanging pinagmulan para sa ang produksyon ng mga kapaki-pakinabang na gawain, ito ay hindi nakakagulat na ang naturang mga elemento emf nagdaragdag sa pagtaas ng temperatura. Sa pagsasabog cell para sa produksyon ng trabaho, Peltier init ay palaging kinuha mula sa kapaligiran. Kapag kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng EDL nabuo Donnan epekto, sa isang direksyon coinciding sa positibong direksyon ng larangan ng DES (ibig sabihin, kapag ang mga larangan ng DES gumaganap ng positibong trabaho), heat ay nasisipsip mula sa kapaligiran para sa produksyon ng papel na ito.

Ngunit ang pagsasabog ng elemento ay isang tuloy-tuloy na at unidirectional pagbabago sa ion concentration, na sa huli ay humantong sa ang pagpapantay ng konsentrasyon at pagpapahinto nakadirekta pagsasabog, hindi tulad ng balanse Donnan, kung saan, sa isang kaso ng paglabas quasistatic alon ion concentration, sa sandaling pagkakaroon ng naabot ng isang tiyak na halaga, ay nananatiling hindi magbabago .

Fig. 2 ay nagpapakita ng isang diagram ng redox potensyal ng mga reaksyon ng hydrogen at oxygen kapag ang pagbabago ng acidity ng solusyon. tsart ay nagpapakita na ang elektrod potensyal ng oxygen pormasyon reaksyon sa kawalan ng OH- ions (1.23 volts sa isang acidic na kapaligiran) ay naiiba mula sa parehong potensyal na sa mataas na konsentrasyon (0.4 volts sa isang alkalina daluyan) sa 0.83 volts. Katulad nito, ang elektrod potensyal ng hydrogen na bumubuo ng reaksyon sa kawalan ng H + (-0.83 volts sa alkalina daluyan) ay naiiba mula sa parehong potensyal na sa mataas na konsentrasyon (0 V sa isang acid medium), din sa 0.83 volts [4. 66-67]. ibig sabihin, Maliwanag na 0.83 volts ay kinakailangan upang makakuha ng isang mataas na konsentrasyon ng tubig sa kani-kanilang mga ions. Ito ay nangangahulugan na 0.83 volts ay kinakailangan para sa isang mass ng mga neutral na paghihiwalay ng tubig molecules sa H + at OH- ions. Kaya, kung ang lamad ay suportado sa aming Element katod espasyo acidic medium at sa isang alkalina anodic, ang boltahe ay maaaring maabot ang kanyang DEL 0.83 volts, na kung saan ay nasa mabuting kasunduan sa panteorya mga kalkulasyon iniharap mas maaga. Boltahe na ito ay nagbibigay ng isang mataas na kondaktibiti space DES lamad sa pamamagitan ng tubig dissociation sa ions sa loob nito.

Fig. 2. Diagram redox reaksyon potensyal

agnas ng tubig, at H + ions at OH- sa haydrodyen at oxygen.

KUNG at Peltier init (Appendix №2)

"Ang dahilan ng Peltier epekto ay na ang average na enerhiya ng mga carrier singil (para sa definiteness electron) kasangkot sa pagsalin ng koryente sa iba't-ibang mga conductors ng iba't ibang ... Sa paglipat mula sa isang konduktor sa isa pang elektron o magpadala ng labis na kapangyarihan grid o madagdagan ang kakulangan ng enerhiya sa kanyang gastos (depende sa kasalukuyang direksyon).

Fig. 3. Ang Peltier epekto sa metal contact at ang semiconductor n-: ԐF - Fermi antas; ԐC - sa ilalim ng pagpapadaloy band ng semiconductor; ԐV - valence band; I - positibong direksyon ng kasalukuyang; bilog na may mga arrow na ipinapakita schematically electron.

Sa unang kaso malapit sa contact ay inilabas, at ang pangalawang - ang tinatawag na hinihigop .. Peltier init. Halimbawa, sa contact semiconductor - metal (Figure 3) ang enerhiya ng mga electron na pumasa mula sa n-type semiconductor na metal (pakaliwa touch) ay makabuluhang mas mataas kaysa sa Fermi enerhiya ԐF. Samakatuwid, sila ay lumalabag sa thermal punto ng balanse sa bakal. Equilibrium naibalik bilang isang resulta ng banggaan, kung saan thermalized electron, na nagbibigay ng labis na enerhiya ba ay kristal. grid. Ang semiconductor metal (kanan touch) ay maaaring ipasa lamang ang pinaka-energetic electron, kaya na gas elektron sa metal cools. Sa pagpapanumbalik ng ang balanse ng pamamahagi ng imbayog enerhiya natupok lattice "[2, p. 552].

Upang makipag-ugnayan sa metal / p-semiconductor sitwasyon ay katulad. dahil sa p-kondaktibiti butas semiconductor ay nagbibigay ng kanyang mga valence band na ay mas mababa sa antas ng Fermi, pagkatapos ay ang contact ay cooled, kung saan daloy ng mga electron mula sa p-semiconductor sa metal. Peltier init inilabas o hinihigop ng contact ng dalawang conductors, dahil sa ang produksyon ng mga negatibo o positibong ng panloob na KUNG.

Kasama sa kaliwang contact gap (Fig. 3), na kung saan ang Peltier init allocation, isang electrolytic cell, halimbawa, may tubig NaOH solution (Figure 4) at metal semiconductor at n-mano nawa chemically hindi gumagalaw.

Fig. 4. Ang kaliwang contact n-semiconductor at ang metal ay bukas at inilagay sa mga puwang ng electrolyte solusyon. Titulo ay pareho tulad ng sa Fig. 3.

Dahil, kapag ang kasalukuyang daloy «akong», ang semiconductor ng n-electron mas mataas na enerhiya dumating na solusyon kaysa sa pagdating sa labas ng solusyon sa metal, ito labis na enerhiya (init ng Peltier) ay dapat tumayo sa cell.

Ang kasalukuyang sa pamamagitan ng mga cell ay maaaring lamang ng isang kaso ng paglabas ganyang bagay electrochemical reaksyon. Kung ang eksotermiko reaksyon sa cell, ang Peltier init ay inilabas sa cell, tulad ng higit pa siya ay wala kahit saan upang pumunta. Kung ang reaksyon sa cell - endothermic, ang Peltier init ay ganap o bahagyang bumawi para sa endothermic epekto, ie, upang bumuo ng isang reaksyon produkto. Sa halimbawang ito, ang kabuuang cell reaksyon: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, kaya ang init (enerhiya) ng Peltier ay upang lumikha ng molecules at H2 O2, ay nabuo sa electrodes. Kaya, makuha namin na ang init ng Peltier napili sa daluyan sa tamang n-contact semiconductor / metal ay hindi inilabas sa likod ng kapaligiran, at ay naka-imbak sa anyo ng mga kemikal na enerhiya ng haydrodyen at oxygen molecules. Malinaw, ang mga operasyon ng mga panlabas na boltahe pinagmulan ay natupok para sa elektrolisis ng tubig, sa kasong ito ay magiging mas maliit kaysa sa kaso ng mga magkakahawig na mga electrodes, na nagiging sanhi ng walang pangyayari ng ang Peltier epekto ..

Hindi alintana ang mga katangian ng electrodes, electrolytic cell mismo ay maaaring absorb o bumuo ng init kapag pagdaan sa Peltier kasalukuyang ipinapatupad dito. Ang anyong-static na mga kondisyon, ang mga potensyal na pagbabago sa mga cell Gibbs [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, kung saan

Δ H - entalpya pagbabago ng cell;

T - thermodynamic temperatura;

Δ S - pagbabago sa entropy ng cell;

Q = - T Δ S - init ng Peltier cell.

Para sa isang hydrogen at oxygen cell electrochemical sa T = 298 (K), ang pagbabago sa entalpya ΔHpr = - 284.5 (kJ / Mol) [8, p. 120], ang pagbabago sa Gibbs potensyal [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96,485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / Mol), kung saan

z - bilang ng mga electron sa bawat Molekyul;

F - Faraday constant;

E - emf cell.

kaya

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

ibig sabihin, hydrogen at oxygen electrochemical cell ay bumubuo ng init sa Peltier kapaligiran, habang ang pagpapabuti ng entropy at pagbaba nito. Pagkatapos, sa kabaligtaran proseso, ang elektrolisis ng tubig, kung saan ay ang kaso sa aming halimbawa, Peltier init Q mod = - Q ave = - 47.3 (kJ / Mol) ng electrolyte ay hinihigop mula sa kapaligiran.

Magpakilala P - Peltier init na kinuha mula sa kapaligiran sa tamang n-contact semiconductor / metal. Ang init P> 0 ay dapat tumayo sa cell, ngunit dahil agnas ng tubig sa cell endothermic reaction (Δ H> 0), ang Peltier init P ay upang bumawi para sa thermal epekto ng reaksyon:

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

Mod Q ay nakasalalay lamang sa ang komposisyon ng electrolyte, dahil Ito ay isang katangian ng electrolytic cell na may mga hindi gumagalaw electrodes, at n ay nakasalalay lamang sa ang elektrod materyales.

Equation (1) ay nagpapakita na ang init ng Peltier P at Peltier init mod Q, ay ang produksyon ng mga kapaki-pakinabang trabaho. ibig sabihin, Peltier init na naalis na sa daluyan binabawasan ang gastos ng isang panlabas na pinagmulan ng kapangyarihan na kinakailangan para sa elektrolisis. Isang sitwasyon kung saan ang init medium ay isang pinagkukunan ng enerhiya para sa produksyon ng mga kapaki-pakinabang na trabaho, ay katangian ng pagsasabog, pati na rin para sa maraming mga electrochemical cell, halimbawa ng naturang mga elemento ay ipinapakita sa [3, p. 248-249].

Mga sanggunian

1. Gerasimov Ya. I. kurso ng pisikal na kimika. Tutorial: Para sa mga unibersidad. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Chemistry, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier epekto. // Pisikal na encyclopedia. Sa 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorama. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. bibilangin. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov at iba pa - M:.. Mahusay Russian Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. Sa 2 libro. Vol. 1. Istraktura ng Matter. Thermodynamics: Proc. para sa mataas na paaralan; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev. - 3rd ed .. - M:. Ang mas mataas. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. Sa 2 libro. Vol. 2. elektrokimika. Chemical kinetika at katalisis: Proc. para sa mataas na paaralan; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Ang mas mataas. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV pangkalahatang kurso ng pisika. Tutorial: Para sa mga unibersidad. Sa 5 m. T.III. Kuryente. - 4th ed, stereotypes .. - M: FIZMATLIT;. Ang pagpa-publish bahay ng MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Pisikal na kimika ng polymers. - M:. Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical kinetika, isinalin mula sa Aleman na wika na may susog ng may-akda sa Russian edition, in-edit ni Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. Sa 2 v. T.I., isinalin mula sa wikang Ingles ng mga doktor ng kemikal agham Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 p.