Puna e dobishme nga të nxehtit e Mjedisit

Pjesa 1. Disa terma dhe përkufizime.

Forca elektromotor (EMF) është pjesë integrale e jashtme pjesë force fushë përfshin një burim aktuale ... forcë e jashtme vepron në electroplating qelizat në kufijtë mes electrolyte dhe elektroda. Ata gjithashtu veprojnë në kufirin mes dy metale jo të ngjashme dhe për të përcaktuar miqve dallimin potencial ndermjet tyre [5, fq. 193, 191]. Shuma hedhje potencialet në të gjitha sipërfaqet e seksionit qark është e barabartë me diferencën e mundshme ndërmjet përçuesve, të vendosura në skajet zinxhir, dhe quhet elektromotor forca EMF dirigjent qark ... zinxhir i përbërë vetëm nga përçuesve të llojit të parë është e barabartë me kërcim të mundshëm në mes të parë dhe dirigjent fundit në kontakt të drejtpërdrejtë ata (ligjit Volta) ... Nëse qarku është siç duhet e hapur, KMM Ky qark është zero. Për të korrigjuar dirigjent hapur-qark, i cili përfshin të paktën një electrolyte, volt Ligji në fuqi ... Natyrisht, vetëm qark dirigjent i përbërë nga të paktën një përcjellësi i llojit të dytë janë qelizat elektrokimike (ose zinxhirët elementë elektrokimike) [1, p. 490-491].

Polielektrolitet janë polimere të aftë për të dissociating në joneve në zgjidhje, pra në të njëjtën Makromolekula, një numër i madh i përsëritur akuzat ... polielektrolitet Crosslinked (exchangers jon, rrëshirë jon-këmbimit) nuk treten, vetëm bymehet, duke e mbajtur aftësinë për të shkëputur [6, f. 320-321]. Polielektrolitet veçoj në macroion ngarkuar negativisht dhe H + joneve quhen polyacids dhe dissociates në joneve të ngarkuara pozitivisht dhe OH- macroion quajtur poliosnovaniyami.

Donnan potencial ekuilibri është dallimi potencial që ndodh në kufirin fazës ndërmjet dy elektroliteve në qoftë se ky afat nuk është i depërtueshëm për të gjitha joneve. Kufijtë padepërtueshmëri për disa joneve mund të shkaktohen, për shembull, prania e membranave me poret shumë të ngushta të cilat janë të pakalueshme për grimcave mbi një madhësie të caktuar. pėrshkueshmėrisė selektiv i ndërfaqes ndodh dhe nëse ndonjë jonet e lidhur aq fort në një nga fazat që të lënë atë në përgjithësi nuk mund të. Saktësisht sillen rrëshirë jonik shkëmbimit të joneve, ose grup ion shkëmbyese e fiksuar lidhje homopolar në hekurave molekulare ose matricës. Zgjidhje, duke qenë në brendësi matricat forma të tilla së bashku me një fazë të vetme; solucion, gjendet jashtë, - të dytë [7. 77].

Shtresa elektrik dyfishtë (EDL) ndodh në ndërfaqen e dy faza e përcaktuara të shtresave të ngarkuara oppositely predispozuar në një distance të caktuar nga njëra tjetrës [7. 96].

Peltier efekt këtë izolim ose thithjen e ngrohjes në kontakt të dy përçuesve të ndryshme në varësi të drejtim të rrymës elektrike që rrjedh përmes kontaktit [2, f. 552].

Pjesa 2: Përdorimi i ngrohjes mesme në elektrolizë e ujë.

Marrë në konsideratë mekanizmin e shfaqjes së qarku e qelizave elektrokimik (element këtej e tutje) treguar skematike në Fig. 1, më EMF për shkak të kontaktit të brendshëm diferencës potenciale (PKK) dhe efektin e Donnan (përshkrim të shkurtër të thelbit të efektit Donnan, PKK i brendshëm dhe i lidhur ngrohjes Peltier është dhënë në pjesën e tretë të artikullit).

Fig. 1. përfaqësimi skematike e një qelize elektrokimik: 1 - katodë kontaktohet me një solucion të 3, reduktimi reaksion electrochemical e kationeve elektrolite ndodh në sipërfaqen e saj, e bërë nga një kimikisht inert stimuluar rëndë n-gjysmëpërçues. Një pjesë e katodë lidh atë në një burim i jashtëm tensionit, metallized; 2 - anode kontaktohet me një solucion të 4, në sipërfaqen e saj të ndodhë reaksion oksidimi electrochemical e anioneve elektrolite, e bërë nga kimikisht inert stimuluar rëndë p-gjysmëpërçues. Një pjesë e anode lidh atë në një burim i jashtëm tensionit, metallized; 3 - hapësirë katodë, zgjidhje polielektrolit, dissociating në ujë në macroion R- ngarkuar negativisht dhe counterions ngarkuara pozitivisht vogël K + (në shembull në fjalë është hidrogjen ion H +); 4 - anode ndarje polielektrolit solucion në ujë dissociating në ngarkuar pozitivisht macroion R + dhe counterions ngarkuar negativisht A- vogël (në këtë shembull hidroksid joneve OH-); 5 - membrana (diafragmë), eshte i papershkueshem nga makromolekulave (macroion) polielektrolitet, por plotësisht i depërtueshëm në counterions vogla K +, dhe A- molekulave të ujit hapësirë të përbashkët 3 dhe 4; Evnesh - një burim të tensionit të jashtëm.

EMF nga efekti Donnan

Për qartësisë, elektrolit e hapësirës katodë (. 3, Figura 1) eshte perzgjedhur ne solucion ujor polyacid (R-H +), i elektrolit dhe ndarje anode (4, Fig 1.) - poliosnovaniya ujor (R + OH-). Si rezultat i polyacids veçim në dhomëzën katodë, afër sipërfaqen e katodë (1, Fig. 1), ka një koncentrim në rritje nga H + joneve. ngarkuar pozitiv shfaqur në afërsi të sipërfaqes katodë nuk kompensohet ngarkuar negativisht macroions R-, pasi ata nuk mund të vijnë në afërsi të sipërfaqes së katodë për shkak të madhësisë së saj dhe prania e një atmosferë të ngarkuar pozitivisht jonik (për detaje shih. Përshkrimi efekt Donnan në Shtojcën №1 e pjesës së tretë të këtij neni). Kështu, shtresa kufiri i një zgjidhje direkt në kontakt me sipërfaqe katodë ka një pagesë pozitive. Si rezultat, një induksion elektrostatike në sipërfaqe katodë, puqur me zgjidhje, ka një ngarkesë negative nga elektronet përçueshmëri. dmth në ndërfaqe midis sipërfaqes katodë dhe zgjidhje DES ndodh. Fusha e DASH shtyn elektronet nga katodë - në zgjidhje.

Në mënyrë të ngjashme, në anode (2, Fig. 1), shtresa kufitare të zgjidhjes në ndarje anode (4, Fig. 1) direkt në kontakt me sipërfaqen anode ka një ngarkesë negative, dhe në sipërfaqe anode, puqur me zgjidhje, ka një pagesë pozitive. dmth në kufirin mes sipërfaqes anode dhe zgjidhjen ndodh edhe DES. Fusha e DASH shtyn elektronet nga zgjidhja - një anode.

Kështu, në fushën e DASH në ndërfaqet e katodë dhe anode me zgjidhje, mbështetur termike zgjidhje jon difuzionit, janë dy burim i brendshëm EMF, duke vepruar në bashkëpunim me një burim i jashtëm, dmth, shtyjnë akuzat negative në lak kundërt.

polyacids veçim poliosnovaniya dhe gjithashtu shkakton difuzionit termike përmes të membranës (5, Figura 1) H + joneve nga hapësira cathodic -. deri anode dhe joneve OH- nga anode dhomëzën - një katodë. Macroion R + dhe R- polielektrolitet nuk mund të lëvizin nëpër membranën, kështu që nga hapësira katodë ka një pagesë të tepërt negative, dhe nga hapësira anodic - një pagesë të tepërt pozitive, dmth, ka një tjetër DPP për shkak të efektit Donnan. Kështu, membrana gjithashtu ndodh brenda EMF, duke vepruar në bashkëpunim me një burim i jashtëm i difuzionit të ngrohjes dhe të ruajtur zgjidhjen e joneve.

Në shembullin tonë, tensioni nëpër membranën mund të arrijnë 0.83 volt, si kjo korrespondon me një ndryshim të potencialit të elektrode standarte hidrogjeni nga - 0.83 deri në 0 volt në kalimit nga mjedis alkalin në anode dhomëzën katodë ndarje mjedis acid. Për detaje, shih. Në Shtojcën №1 të pjesës së tretë të këtij neni.

EMF PKK nga brenda

KMM Element Kjo ndodh, duke përfshirë në anode kontaktit gjysmëpërçues dhe katodë në pjesët e tyre metalike që shërbejnë për të lidhur burimin e tensionit të jashtëm. Kjo EMF për shkak të PKK brendshme. NESE brendshme nuk krijon, në kontrast me këtë fushë të jashtëm në hapësirën përreth e përçuesve kontaktit, dmth Kjo nuk ndikon në lëvizjen e grimcave të ngarkuara jashtë përçuesve. Ndërtimi n-gjysmëpërçues / metal / p-gjysmëpërçues është e njohur mjaftueshëm dhe është përdorur, për shembull, një thermoelectric modul Peltier. Madhësia e KMM një strukturë të tillë në temperaturën e dhomës mund të arrijë vlerat e rendin e 0.4 - 0.6 Volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Fushat në kontaktet janë të drejtuara në një mënyrë të tillë që ata tejpërtej elektrone kundërt në lak, p.sh. të veprojë në bashkëpunim me burim të jashtëm. Elektronet rritur nivelin e energjisë së mesme thithjen e ngrohjes e Peltier.

Brendshme IF që rrjedhin për shkak të përhapjes së elektroneve në zonat e kontaktit të elektrodave dhe zgjidhje, në të kundërtën, shtyn elektronet në drejtim clockwise në lak. dmth mocioni i elektroneve në elementin e kundërt në këto kontakte duhet të ndahen Peltier për ngrohje. por për shkak se transferimi i elektroneve nga katodë në solucion dhe nga solucioni në anode shoqërohet detyrimisht nga një reaksion endothermic gjeneruar hidrogjen dhe oksigjen, nxehtësia e Peltier nuk çlirohet në të mesme dhe është për të reduktuar efektin endothermic, p.sh. like "ruajtur" në enthalpy e formimit të hidrogjenit dhe oksigjenit. Për detaje, shih. Në aneksin №2 pjesën e tretë të artikullit.

transportuesit (elektronet dhe joneve) lëvizin në qark element nuk shtigjet mbyllur, asnjë pagesë në elementin nuk është duke ecur në një qark të mbyllur. Secili anode elektron marra nga solucioni (në rrjedhën e oksidimit të joneve OH- tek molekula oksigjen), dhe ka kaluar përmes një qark të jashtëm në katodë, është volatilized bashku me molekula të hidrogjenit (në procesin e rikuperimin e joneve H +). Në mënyrë të ngjashme joneve OH- dhe H + nuk lëvizin në një qark të mbyllur, por vetem me elektrodën korrespondues, dhe pastaj zhduket ne formen e hidrogjenit molekulare dhe oksigjenit. dmth dhe jonet dhe elektronet secili lëviz në mjedisin e saj në fushën përshpejtimin e DASH, dhe në fund të rrugës, kur ata të arrijnë sipërfaqja e elektrodës janë të kombinuara në molekulë, konvertimin e tërë energjinë e ruajtur - energjinë e një lidhje kimike, dhe nga lak!

Të gjitha burimet e brendshme të EMF Element, të zvogëluar shpenzimet burim i jashtëm për elektrolizë ujë. Kështu, nxehtësia e ambientit përthithëse elemente gjatë operacionit të saj për të ruajtur përhapjen e DASH, është për të ulur koston e burimit të jashtëm, dmth, Ajo rrit efikasitetin elektrolizë.

Elektroliza e ujit pa ndonjë burim i jashtëm.

Në shqyrtimin proceset që ndodhin në elementin e treguar në Fig. 1, një të jashtme parametrat burim nuk janë marrë parasysh. Supozoni se rezistenca e brendshme është e barabartë me RD dhe një tension të 0. Kjo Evnesh elektroda element janë shorted në një ngarkesë pasiv (shih Fig. 5). Në këtë rast, drejtimi dhe madhësia e fushave DES dalin në ndërfaqen në elementet të mbetet e njëjtë.

Fig. 5. Në vend të kësaj Evnesh (Fig. 1) duke përfshirë RL ngarkesës pasive.

Përcaktoni kushtet e rrjedhjes spontane aktuale në këtë element. Ndryshimin e potencialit Gibbs, sipas formules (1) te shtojce №1 e pjesën e tretë të artikull:

Δ G përshtatur = (Δ H përshtatur - n) + Q mod

Nëse P> Δ H + Q mod mod = 284,5-47,2 = 237.3 (kJ / mol) = 1.23 (eV / molekule)

përshtatur Δ G <0 dhe procesi spontan është e mundur.

Ne do të marrë parasysh më tej që reaksioni elemente brez hidrogjen ndodh ne nje mjedis acid (potencialin elektroda prej 0 volt), dhe oksigjen ne nje (potencialit elektrodave prej 0.4 volt) alkaline. Potencialet e tilla elektrodë ofron një cipë (5, Fig. 5), tension në të cilën kjo duhet të jetë 0.83 volt. dmth energjia e nevojshme për formimin e hidrogjenit dhe oksigjenit reduktohet nga 0.83 (eV / molekule). Atëherë gjendja e mundësisë së procesit spontan do të:

P> 1,23-0,83 = 0.4 (eV / molekule) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Ne gjejmë se pengesë energjia e molekulave të hidrogjen dhe oksigjen shmangshme dhe pa përdorur një burim të tensionit të jashtëm. dmth edhe me n = 0.4 (eV / molekulë) d.m.th. kur electrode e brendshme e kësaj Qëndre 0,4 volt e, element do të jetë në një gjendje ekuilibri dinamik, dhe çdo (madje edhe të vogël) ndryshimi i kushteve të bilancit do të shkaktojë aktuale në qark.

Një tjetër pengesë për reagimet në elektrodave është energjia e aktivizimit, por është eliminuar nga efekti tunel, që rrjedhin për shkak të sasisë së vogël të hendekut mes të elektrodave dhe zgjidhjen [7, f. 147-149].

Kështu, në bazë të konsideratave të energjisë, ne konkludojmë se aktuale spontan në elementin e treguar në Fig. 5, kjo është e mundur. Por, çfarë arsye fizike mund të shkaktojnë këtë rrymë? Këto arsye janë të shënuara më poshtë:

1. Mundësia e kalimit të elektroneve nga katodë në zgjidhjen më të lartë se probabiliteti i kalimit nga anode në zgjidhje, pasi n-gjysmëpërçues katodë ka një shumë të elektroneve të lira me një nivel të lartë të energjisë, dhe anode p-gjysmëpërçues - vetëm "vrima", dhe këto "vrima" janë në një nivel të energjisë nën elektronet katodë;

2. membrane është e mbështetur në hapësirën katodë e nje mjedis acid, dhe në anode - alkaline. Në rastin e elektrodave inerte, kjo çon në faktin se një potencial katodë electrode bëhet më e madhe se anode. Si pasojë, elektronet duhet të lëvizin nëpër një qark të jashtëm nga anode të katodë;

3. Akuza Sipërfaqja e zgjidhjeve polielektrolit që lindin për shkak të efektit Donnan, krijon në elektrodë / fushën zgjidhje të tillë që fusha në katodë promovon jepnin elektron nga katodë në zgjidhje, dhe fusha në anode - hyrjes elektronike në anode nga zgjidhja;

4. balanca përpara dhe reagimet në elektrodave (rrymat e këmbimit) paragjykuara ndaj H + joneve reaksioneve direkte e reduktimit në katodë dhe oksidimit të joneve OH- në anode, që nga kundërt ata janë të shoqëruar nga formimi i gazit (H2 dhe O2) të aftë për të lehtë të lënë zonën e reagimit (parimi Le Chatelier-së).

Eksperimente.

Për vlerësimin sasior e tensionit në të gjithë ngarkesës nga efekti Donnan, një eksperiment është kryer në të cilin elementi katodë përbëhej nga karbonit aktivizuar me elektrodë jashtme grafit dhe një anode - një përzierje e karbonit aktivizohet dhe rrëshirë anion AB-17-8 me elektrodë jashtme grafit. Elektrolite - solucion ujor NaOH, anode dhe katodë hapësira janë të ndara nga një shajaku sintetike. Në elektrodave të hapura të jashtme të këtij elementi kishte një tension prej rreth 50 TM. Kur i lidhur me një element të ngarkesës së jashtme 10 ohm fikse aktuale prej rreth 500 microamps. Kur ambientit rritet temperaturë nga 20 deri në 30 0C tension te elektrodes jashtëm është rritur në 54 mV. Rritja e tensionit në temperaturën e ambientit konfirmon se burimi i EMF është difuzioni, p.sh. lëvizje termik e grimcave.

Për vlerësimin sasior të tensionit të gjithë ngarkesës nga e brendshme e kësaj Qëndre eksperiment metalike / gjysmëpërçues është kryer në të cilën katodë qeliza përbëhet nga pluhur sintetike grafit me elektrodë jashtme grafit dhe një anode - një pluhur i bor karabit (B4C, p-gjysmëpërçues) me elektrodë jashtme grafit. Elektrolite - solucion ujor NaOH, anode dhe katodë hapësira janë të ndara nga një shajaku sintetike. Në elektrodave të hapura të jashtme të tensionit elementit ishte rreth 150 mV. Kur lidh ngarkesën e jashtme me element 50 tensionit kOhm rënë në 35 mV., E tillë një rënie të tensionit të fortë për shkak të ulët të karabit brendshme bor dhe, si rezultat, një Element lartë rezistencën e brendshme. tension hetimi kundrejt temperaturës për një element të strukturës së tillë nuk është kryer. Kjo është për shkak të faktit se, për një gjysmëpërçues, në varësi të përbërjes së saj kimike, shkalla e dopingut dhe pronat e tjera, ndryshimi temperatura në mënyra të ndryshme mund të ndikojnë në nivelin e tij Fermi. dmth Efekti temperatura mbi EMF Element (rritje ose ulje), në këtë rast varet nga materialet e përdorura, kështu që kjo nuk është eksperiment tregues.

Në këtë pikë vazhduar tjetër eksperimenti në të cilën katodë qeliza është e përbërë nga një përzierje pluhur i aktivizuar të karbonit dhe Ku-2-8 me jashtme elektrodes çelik dhe anode nga një përzierje pluhur të aktivizuar të karbonit dhe rrëshirë anion AB-17-8 me elektrodën e jashtëm nga çelik. Elektrolit - solucion ujor nga NaCl, anode dhe katodë hapësira që janë të ndara nga një sintetike ndjerë. Elektroda e jashtme të këtij elementi me tetor 2011 janë në gjendje të shkurtër qark Ammeter pasiv. Aktuale e cila tregon një ammeter, rreth një ditë pasi nga ana tjetër, është ulur me 1 Ma - deri në 100 MKA (e cila është me sa duket për shkak të polarizimit të elektrodave), dhe që atëherë më shumë se një vit nuk ndryshon.

Në eksperimentet praktike të përshkruara më lart në lidhje me materialet e paarritshmëri rezultatet më efektive të marra konsiderueshme më e ulët se teorikisht e mundur. Përveç kësaj, të jenë të vetëdijshëm se një pjesë e EMF të përgjithshëm të brendshëm Element gjithmonë konsumuar për mbajtjen reagimin elektroda (prodhimi i hidrogjen dhe oksigjen) dhe nuk mund të matur në qark të jashtëm.

Përfundim.

Duke përmbledhur, mund të konstatojmë se natyra na lejon për të kthyer në energji termike në energji të dobishme ose të punës, duke përdorur si një mjedis "ngrohës", dhe nuk ka një "frigorifer". Kështu efekt Donnan dhe të brendshme IF konvertuar të energjisë termike e grimcave të ngarkuara në energji elektrike në terren DEL si të nxehtit reagimit endotermik është konvertuar në energji kimike.

element konsiderohet kontakt konsumon ngrohjes nga mesëm dhe ujë, dhe ndan të energjisë elektrike, hidrogjen dhe oksigjen! Për më tepër, procesi i konsumit të energjisë dhe përdorimin e hidrogjenit si lëndë djegëse, dhe uji kthehet përsëri në të mesme ngrohjes!

Pjesa 3 të shtojcës.

Kjo pjesë është diskutuar më tej efektin Donnan ekuilibër, në kryqëzimin e brendshme e kësaj Qëndre metalike / gjysmëpërçues dhe Peltier ngrohjes në reagimet Redox dhe potencialet elektrodave në elementin.

Potenciali Donnan (Shtojca №1)

Konsideroni mekanizmin e ndodhjes së potencialit Donnan për polielektroliti. Pas counterions shkëputje polielektrolit të fillojë të vogla të saj, duke difuzionit, duke e lënë vëllimin e zaptuar nga Makromolekula. difuzioni i drejtuar nga counterions e makromolekulave vogla volum polielektrolit në tretësin është për shkak të rritjes përqendrim në pjesën më të madhe të Makromolekula krahasuar me pjesën tjetër të solucionit. Më tej, në qoftë se, për shembull, counterions vogla janë ngarkuar negativisht, kjo rezulton në se pjesa e brendshme e Makromolekula janë të ngarkuar pozitivisht, dhe zgjidhja është menjëherë ngjitur me vëllimin e Makromolekula - negative. dmth rreth një vëllim të ngarkuar pozitivisht macroion, ekziston një lloj "atmosferës jon" e vogla kundër-joneve të - të ngarkuara negativisht. Ndërprerja e rritjes ngarkuar jonik atmosferë ndodh kur fusha elektrostatike në mes të atmosferës macroion vëllimit jon dhe balancon difuzionit termik i counterions vogla. Rezulton Ekuilibri Dallimi potencial midis atmosferës dhe macroions jonik potencial Donnan. Potenciali Donnan është referuar edhe si potencial cipë, sepse Një situatë e ngjashme ndodh në një membranë semipermeable, për shembull, kur ajo ndan zgjidhjen electrolyte cila ka joneve të dy llojeve - të aftë dhe jo të aftë për të kaluar mespërmes të tretës të pastër.

Potenciali Donnan mund të konsiderohet si rasti limit i potencialit difuzionit, kur lëvizja e një prej joneve (në këtë rast macroion) është zero. Atëherë, sipas [1, p. 535], duke ngarkuar e counter barabartë me një:

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

Ed - potencial Donnan;

R - konstante universale gaz;

T - temperature termodinamik;

F - Faraday konstante;

a1, a2 - counter-aktivitet në fazat e kontaktit.

Në këtë anëtar, ku membrana e ndan zgjidhje poliosnovaniya (pH = Lg a 1 = 14) dhe polyacid (pH = Lg a 2 = 0), potencial Donnan nëpër membranën në temperaturën e dhomës (T = 300 0 K) do të jetë:

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

Donnan rritet mundshme në proporcion të drejtpërdrejtë me temperaturë. Për përhapjen e qelizave elektrokimik Peltier ngrohjes është burimi i vetëm për prodhimin e punë të dobishme, kjo nuk është për t'u habitur se elemente të tilla EMF rritet me rritjen e temperaturës. Në qelinë e difuzionit për prodhimin e punës, Peltier për ngrohje është marrë gjithmonë nga mjedisi. Kur rrjedhat aktuale përmes EDL formuar efekt Donnan, në një drejtim përkon me drejtimin pozitiv të fushës së DES (dmth, kur fusha e DASH kryen punë pozitive), ngrohjes është zhytur nga mjedisi për prodhimin e këtij dokumenti.

Por elementi difuzionit është një ndryshim i vazhdueshëm dhe unidirectional në përqendrim jon, e cila në fund të fundit çon në barazimin e përqendrimit dhe ndalimin e drejtuar difuzionit, ndryshe nga të ekuilibrit Donnan, ku, në një rast të rrjedhjeve quasistatic përqendrimit jon rryma, pasi që ka arritur një vlerë të caktuar, mbetet i pandryshuar .

Fig. 2 tregon një diagram të potencialit Redox e reagimeve të hidrogjen dhe oksigjen kur ndryshon aciditetin e solucionit. Grafiku tregon se potenciali elektroda e formimit të reaksionit të oksigjenit në mungesë të joneve OH- (1.23 volt në një mjedis acid) është e ndryshme nga e njëjta potencialit në koncentrim të lartë (0,4 volt në një mjedis alkalin) në 0.83 volt. Në mënyrë të ngjashme, potenciali elektroda e reagimit hidrogjeni-formues ne mungese te H + (-0.83 volt ne mjedis alkalin) është e ndryshme nga e njëjta potencialit në koncentrim të lartë (0 V në një mjedis acid), gjithashtu në 0.83 volt [4. 66-67]. dmth qartë se 0.83 volt është e nevojshme në mënyrë që të marrë një përqendrim të lartë të ujit në jonet përkatëse. Kjo do të thotë se 0.83 volt është e nevojshme për një masë e veçimit neutrale e molekulave të ujit në H + dhe joneve OH-. Kështu, nëse membrana mbështetet në Element hapësirë katodë të mesme tonë acid dhe në një anodic alkaline, tension mund të arrijnë DEL 0.83 volt e saj, e cila është në marrëveshje të mirë me llogaritjet teorike të paraqitura më parë. Ky tension ofron një hapësirë të lartë përçueshmëri DES membrana me shkëputje të ujit në joneve brenda saj.

Fig. 2. Diagrami Potencialet reagimit redoks

dekompozimi i ujë, dhe + joneve H dhe OH- në hidrogjen dhe oksigjen.

IF dhe Peltier për ngrohje (Shtojca №2)

"Shkaku i efektit Peltier është se energjia mesatare e transportuesit pagesë (për përcaktimin e elektron), të përfshirë në përçueshmëri elektrike në përçuesit të ndryshme është i ndryshëm ... Në kalimin nga një dirigjent në një tjetër elektronik ose transmetojë rrjet të tepërt të energjisë ose të plotësuar mungesën e energjisë me shpenzimet e (në varësi të drejtimit aktual).

Fig. 3. Efekti Peltier në metal kontaktit dhe gjysmëpërçues N-: ԐF - nivel Fermi; ԐC - në fund të grupit kryerjen e gjysmëpërçues; ԐV - valence band; I - drejtimi pozitiv i tanishëm; qarqet me shigjetave tregohet skematikisht elektrone.

Në rastin e parë në afërsi të kontaktit është lëshuar, dhe e dyta - e ashtuquajtura zhytur .. ngrohjes Peltier. Për shembull, në gjysmëpërçues Kontaktoni - metal (figura 3) energjinë e elektroneve që kalojnë nga n-lloj gjysmëpërçues të metalit (majtas touch) është dukshëm më e lartë se ԐF energjisë Fermi. Prandaj, ata janë shkelur ekuilibrin termik në metal. Ekuilibri është restauruar si rezultat i përplasjeve, në të cilën thermalized elektrone, duke i dhënë kristaltë tepërt të energjisë. grid. Gjysmëpërçues metal (touch djathtas) mund të kalojë vetëm elektronet më energjike, në mënyrë që gazi elektron në metal fitilin. Për restaurimin e shpërndarjes ekuilibrit të hekurave të konsumuar energjisë luhatje "[2, f. 552].

Për të kontaktuar situata metalike / p-gjysmëpërçues është e ngjashme. sepse p-përçueshmëri vrima gjysmëpërçuese të sigurojë band valencë e saj që është nën nivelin Fermi, atëherë kontakti do të jetë ftohur, në të cilën elektronet rrjedhin nga p-gjysmëpërçues të metalit. Peltier për ngrohje lirua ose absorbohet nga kontakti i dy përçuesve, për shkak të prodhimit të negative apo pozitive e IF brendshëm.

Përfshira në boshllëk të majtë kontaktit (Fig. 3), në të cilën percaktimi Peltier nxehtësisë, nje qelize elektrolitik, për shembull, ujor solucion NaOH (Figura 4) dhe gjysmëpërçues metali dhe n-le të jetë kimikisht inert.

Fig. 4. kontakt majtas n-gjysmëpërçues dhe metali është i hapur dhe vendoset në boshllëk së solucionit elektrolit. Emërtimet janë të njëjta si në Fig. 3.

Sepse, kur rrjedhat aktuale «I», gjysmëpërçues i n-elektroneve në fushën e energjisë më të lartë të arritur zgjidhje se vijnë nga zgjidhje në metal, kjo energji e tepërt (ngrohje e Peltier) duhet të qëndrojë në qeli.

Aktuale nëpër qeliza mund të jetë vetëm një rast të rrjedhjeve aty reaksioneve elektrokimike. Nëse reagimi ekzotermik në qelizë, nxehtësia Peltier është lëshuar në qelizë, si më shumë ajo ka ku të shkojë. Nëse reagimi në qelizë - endotermik, ngrohjes Peltier është tërësisht ose pjesërisht për të kompensuar për efekt endotermik, dmth, per te formuar nje produkt reagimit. Në këtë shembull, reagimi i përgjithshëm qeliza: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermik, kështu që nxehtësia (energjia) të Peltier është për të krijuar molekulat e H2 O2, janë formuar në elektroda. Kështu, ne marrim se nxehtësia e Peltier zgjedhur në të mesme në të drejtë n-kontaktit gjysmëpërçues / metal nuk është lëshuar përsëri në mjedis, dhe është ruajtur në formën e energjisë kimike të molekulave hidrogjen dhe oksigjen. Natyrisht, operacioni i burimit të tensionit të jashtëm konsumohet për elektrolizë e ujë, në këtë rast do të jetë më e vogël se në rastin e elektrodave identike, duke shkaktuar asnjë shfaqjes së efektit Peltier ..

Pavarësisht nga pronat e elektrodave, qeliza elektrolitike vetë mund të thithin ose të gjenerojnë nxehtësi kur kalon nëpër to tanishme Peltier. Kushtet kuazi-statike, ndryshimi i mundshëm i qelizave Gibbs [4, fq. 60]:

Δ G = H Δ - T Δ S, ku

Δ H - ndryshim enthalpy e qelizës;

T - temperature termodinamik;

Δ S - ndryshim në entropisë e qelizës;

Q = - T Δ S - nxehtësia e qelizës Peltier.

Për një qelizë elektrokimik hidrogjen-të oksigjenit në T = 298 (k), ndryshimi në enthalpy ΔHpr = - 284.5 (kJ / mol) [8, f. 120], ndryshimi në Gibbs potencial [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96.485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / mol), ku

z - numër i elektroneve per molekulës;

F - Faraday konstante;

E - emf qelizë.

prandaj

Q ave = - T Δ S ave = Δ G etj - Δ H etj = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

dmth hidrogjen, oksigjen qelizë electrochemical prodhon nxehtësi në mjedisin Peltier, ndërkohë përmirësimin entropisë saj dhe uljen sajat. Pastaj, në procesin e inversi, me elektrolizë e ujë, që është rasti në shembullin tonë, Peltier për ngrohje Q mod = - Q ave = - 47.3 (kJ / mol) i electrolyte do të absorbohet nga mjedisi.

Treguar P - nxehtësinë Peltier marrë nga mjedisin në të drejtë n-kontakti gjysmëpërçues / metali. Ngrohjes P> 0 duhet të qëndrojë në qeli, por për shkak dekompozimi i ujit në qelizë reaksionit endothermic (Δ H> 0), i Peltier ngrohjes P është për të kompensuar efektit termik të reaksionit:

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

Mod Q varet vetëm përbërjen e electrolyte, pasi Kjo është një karakteristikë e qelizës elektrolitike me elektroda inerte, dhe n është i varur vetëm në materialet elektrodë.

Ekuacioni (1) tregon se nxehtësia e P Peltier dhe Peltier ngrohjes mod Q, janë prodhimi i punës së dobishme. dmth Peltier për ngrohje çuar larg përpara së mesme redukton koston e një burim energjie të jashtëm të nevojshme për elektrolizë. Një situatë ku mesme ngrohjes është një burim i energjisë për prodhimin e punë të dobishme, është karakteristikë e difuzionit, si dhe për shumë qelizave elektrokimike, shembuj të elementeve të tilla janë paraqitur në [3, f. 248-249].

referencat

1. Gerasimov Ya. I. Kursi i kimisë fizike. Tutorial: Për universitetet. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Chemistry, Moskë, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. Efekti M. Peltier. // enciklopedi fizike. Në 5 m. T. III. Magneto - Teorema Poynting. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. numërimin. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov dhe të tjerët - M:.. Great Russian Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Fizike Kimi. Në 2 libra. Vol. 1. Struktura e çështjes. Termodinamika: Proc. për shkollat e mesme; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Lartë. WK, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Fizike Kimi. Në 2 libra. Vol. 2. elektrokimi. kinetika kimike dhe catalysis: Proc. për shkollat e mesme; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Lartë. WK, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sigurisht Sivukhin DV përgjithshëm i fizikës. Tutorial: Për universitetet. Në 5 m. T.III. Të energjisë elektrike. - 4 ed, stereotipet .. - M: FIZMATLIT;. Shtëpia Botuese e MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. chemistry fizik polimere. - M:. Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. kinetika Vetter K. elektrokimik, përkthyer nga gjuha gjermane me amendamentet e autorit në edicionin rus, edituar nga Corr. BRSS Akademia e Shkencave prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moskë, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Fizike Kimi. Në 2 v. T.I., përkthyer nga gjuha angleze e doktor i shkencave kimike Butin PK-së - M:. Mir, Moskë, 1980. - 580 p.