Სასარგებლო შრომა სითბოს გარემოს

ნაწილი 1. ტერმინები და განმარტებები.

Electromotive ძალა (EMF) არის განუყოფელი გარე ძალის სფეროში, ნაწილი მოიცავს მიმდინარე წყარო ... გარე ძალის მოქმედი გალვანური საკნები საზღვრებს შორის ელექტროლიტური და ელექტროდებით. ისინი ასევე მოქმედებს საზღვრის ორ სხვადასხვა ლითონები და განსაზღვროს საკონტაქტო პოტენციური განსხვავება therebetween [5, გვ. 193, 191]. თანხა გადასვლა პოტენციალის ყველა ზედაპირებზე ჩართვა მონაკვეთზე უდრის პოტენციალი განსხვავება დირიჟორები, რომელიც მდებარეობს ჯაჭვის მთავრდება, და ეწოდება electromotive ძალა EMF დირიჟორი ჩართვა ... ჯაჭვი შედგება მხოლოდ დირიჟორები პირველი სახის უდრის პოტენციალი jump შორის პირველი და ბოლო დირიჟორი პირდაპირ მიმართეთ მათ (Volta კანონი) ... თუ ჩართვა სწორად ღია, EMF ამ სქემის არის ნულოვანი. გამოსწორებას ღია ჩართვა დირიჟორი, რომელიც მოიცავს მინიმუმ ერთი ელექტროლიტური, მოქმედი კანონმდებლობის ვოლტი ... ცხადია, მხოლოდ დირიჟორი circuit მოიცავს მინიმუმ ერთი დირიჟორი მეორე ტიპის ელექტროქიმიური საკნების (ან ჯაჭვების ელექტროქიმიური ელემენტები) [1, გვ. 490 - 491].

Polyelectrolytes არიან პოლიმერები შეუძლია გამიჯვნოდა შევიდა იონების გადაწყვეტა, რითაც იმავე macromolecule, დიდი რაოდენობით განმეორებადი ბრალდებით ... crosslinked polyelectrolytes (ion exchangers, იონშემცვლელი ფისოვანი) არ დაითხოვოს, მხოლოდ swell, ინარჩუნებს უნარი გაემიჯნება [6, გვ. 320 - 321]. Polyelectrolytes გაემიჯნებიან შევიდა უარყოფითად დამუხტული macroion და H + იონების უწოდებენ polyacids და dissociates შევიდა დადებითად დამუხტული იონები და OH- macroion მოუწოდა poliosnovaniyami.

Donnan წონასწორობის პოტენციალი არის პოტენციალი განსხვავება, რომ ხდება ეტაპი საზღვრის ორ ელექტროლიტები, თუ ეს ლიმიტი არ არის გამტარი ყველა იონების. ჰერმეტულობას ლიმიტები გარკვეული იონების შეიძლება იყოს გამოწვეული, მაგალითად, ყოფნა გარსების ძალიან ვიწრო pores რომლებიც გაუვალი ნაწილაკების ზემოთ გარკვეული ზომით. შერჩევითი განვლადობის ინტერფეისი ხდება და თუ რაიმე იონების ასე ძლიერად უკავშირდება ერთი ფაზის, რომ დატოვონ ეს ზოგადად არ შეუძლია. სწორედ იქცევიან იონური იონის გაცვლა ფისები, ან იონშემცვლელი ჯგუფი ფიქსირებული homopolar bond მოლეკულური მესერი და matrix. გამოსავალი, რომ შიგნით ასეთი მატრიცების ფორმები ერთად ის ერთი ეტაპი; გადაწყვეტა, რომელიც მდებარეობს გარეთ, - მეორე [7. 77].

ელექტრო ორმაგი ფენის (EDL) ხდება საათზე ინტერფეისი ორ ეტაპად მითითებული პირიქით ბრალი ფენების განწყობილი გარკვეული მანძილი ერთმანეთისგან [7. 96].

Peltier მოქმედებს ამ იზოლაციის ან შთანთქმის სითბო საკონტაქტო ორი სხვადასხვა დირიჟორები დამოკიდებულია მიმართულებით დენის მიედინება კონტაქტი [2, გვ. 552].

ნაწილი 2: გამოყენება სითბოს საშუალო ელექტროლიზის წყალი.

განვიხილოთ წარმოშობის მექანიზმი ჩართვა ელექტროქიმიური საკანში (შემდგომში ელემენტს), ნაჩვენებია სქემატურად ბ. 1, უფრო EMF გამო შიდა საკონტაქტო პოტენციური განსხვავება (PKK) და ეფექტი Donnan (მოკლე აღწერა არსი Donnan ეფექტი, შიდა PKK და მასთან დაკავშირებული Peltier გათბობის გათვალისწინებული მესამე ნაწილი მუხლი).

ბ. 1. სქემატური ელექტროქიმიური საკანში: 1 - კათოდური დაუკავშირდა გადაწყვეტა 3, ელექტროქიმიური აღდგენის რეაქციის ელექტროლიტური კათიონების მოხდეს მის ზედაპირზე, დამზადებულია ქიმიურად ინერტული მძიმედ ლეგირებული n-ნახევარგამტარული. ნაწილი კათოდური დამაკავშირებელი გარე ძაბვის წყარო, ლითონიზებული; 2 - ანოდი დაუკავშირდა გადაწყვეტა 4, ზედაპირზე მისი მოხდეს ელექტროქიმიური ჟანგვის რეაქცია ელექტროლიტური anions, დამზადებულია ქიმიურად ინერტული მძიმედ ლეგირებული p-ნახევარგამტარული. ნაწილი ანოდი დამაკავშირებელი გარე ძაბვის წყარო, ლითონიზებული; 3 - კათოდური სივრცეში, polyelectrolyte გადაწყვეტა, გამიჯვნოდა წყალი macroion R- უარყოფითად დამუხტული და დადებითად დამუხტული counterions პატარა K + (წინამდებარე მაგალითია წყალბადის იონის H +); 4 - ანოდი ნაწილების polyelectrolyte გადაწყვეტა წყალი ვემიჯნებით შევიდა დადებითად დამუხტული macroion R + და უარყოფითად დამუხტული counterions პატარა A- (ამ მაგალითად, ჰიდროქსიდის იონების OH-); 5 - გარსის (დიაფრაგმის), არის შეუღწევადია მაკრომოლეკულების (macroion) polyelectrolytes, მაგრამ სრულიად გამტარი პატარა counterions K +, A- და წყლის მოლეკულების საერთო სივრცე 3 და 4; Evnesh - გარე ძაბვის წყარო.

Emf by Donnan ეფექტი

სიცხადისთვის, ელექტროლიტური კათოდური ინტერვალი (. 3, ნახაზი 1) შერჩეული წყლის polyacid გადაწყვეტა (R-H +), ელექტროლიტური და ანოდი კუპე (4, ლეღვი 1.) - წყლის poliosnovaniya (R + OH-). შედეგად დისოციაციის polyacids in კათოდური ნაწილების, ახლოს ზედაპირზე კათოდური (1, ბ. 1), არის გაზრდილი კონცენტრაცია H + იონების. დადებითი მუხტი გამოჩენა სიახლოვეს კათოდური ზედაპირზე არ არის გადახდილი უარყოფითად დამუხტული macroions R-, მას შემდეგ, რაც ვერ მოვა ახლოს ზედაპირზე კათოდური ზომის გამო და ყოფნა დადებითად დამუხტული იონური ატმოსფერო (დაწვრილებით იხ. აღწერა Donnan ეფექტი დანართი №1 მესამე ნაწილი მუხლი). ამდენად, სასაზღვრო ფენის გადაწყვეტა პირდაპირ კონტაქტში კათოდური ზედაპირზე აქვს დადებითი მუხტი. შედეგად, ელექტროსტატიკური ინდუქციური on კათოდური ზედაპირზე, მომიჯნავე გადაწყვეტა, არსებობს უარყოფითი პასუხისმგებელი გამტარობის ელექტრონების. ანუ ინტერფეისი შორის კათოდური ზედაპირზე და DES გადაწყვეტა ხდება. სფეროში DES უბიძგებს ელექტრონები კათოდური - გადაწყვეტა.

ანალოგიურად, ანოდი (2, ბ. 1), სასაზღვრო ფენის გადაწყვეტა ანოდი კუპე (4, ბ. 1) პირდაპირ კონტაქტში ანოდი ზედაპირზე აქვს უარყოფითი მუხტი და ანოდი ზედაპირზე, მომიჯნავე გადაწყვეტა, არსებობს დადებითი მუხტი. ანუ ინტერფეისი შორის ანოდი ზედაპირზე და გადაწყვეტა ასევე ხდება DES. სფეროში DES უბიძგებს ელექტრონები საწყისი გადაწყვეტა - ანოდი.

ამდენად, სფეროში DES ინტერფეისები კათოდური და ანოდი გადაწყვეტა, მხარი თერმული გადაწყვეტა ion გავრცელების, ორი შიდა EMF წყარო, მოქმედებენ გარე წყარო, ანუ, უბიძგებს უარყოფითი მუხტი მარყუჟის საწინააღმდეგოდ.

დისოციაციის poliosnovaniya polyacids და ასევე იწვევს თერმული გავრცელების მეშვეობით გარსის (5 სურათი 1). H + იონების საწყისი კათოდური სივრცე - ანოდი, და OH- იონების ანოდი ნაწილების - კათოდური. Macroion R + და R- polyelectrolytes გადაადგილება არ შეუძლია მეშვეობით გარსის, ასე რომ კათოდური სივრცეში არსებობს ჭარბი უარყოფითი მუხტი, და ანოდური სივრცე - ჭარბი დადებითი მუხტი, ანუ, არსებობს კიდევ ერთი DPP გამო Donnan ეფექტი. ამდენად, გარსის ასევე ხდება შიგნით EMF, მოქმედებენ გარე წყარო სითბოს გავრცელების და სასარგებლოდ გადაწყვეტა იონების.

ჩვენს მაგალითად, ძაბვის მასშტაბით გარსის შეიძლება მიაღწიოს 0.83 ვოლტი, როგორც ეს შეესაბამება ცვლილება პოტენციალი სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი დან - 0.83 0 ვ ზე გადასვლას ტუტე საშუალო ანოდი ნაწილების კათოდური ნაწილების მჟავე გარემოში. დეტალებისთვის იხილეთ. In დანართი №1 მესამე ნაწილში.

Emf PKK შიგნიდან

ელემენტის EMF ეს ხდება, მათ შორის საკონტაქტო ნახევარგამტარული ანოდი და კათოდური მათი ლითონის ნაწილები ემსახურება დაკავშირება გარე ძაბვის წყარო. ეს EMF შიდა PKK. შინაგან IF არ ქმნის, განსხვავებით გარე სფეროში სივრცეში მიმდებარე საკონტაქტო დირიჟორები, ანუ ეს არ იმოქმედებს მოძრაობის ბრალი ნაწილაკების გარეთ დირიჟორები. სამშენებლო n-ნახევარგამტარი / metal / p-ნახევარგამტარული საკმარისად ცნობილია და გამოიყენება, მაგალითად, თერმოელექტრული Peltier მოდული. მასშტაბები EMF ასეთი სტრუქტურა ოთახის ტემპერატურა აღწევს ღირებულებების ბრძანებით 0.4 - 0.6 Volt [5, გვ. 459; 2, გვ. 552]. Fields კონტაქტების მიმართულია ისე, რომ მათ დააყენებს ელექტრონები საწინააღმდეგოდ მარყუჟის, ანუ აქტი კონცერტი გარე წყარო. ელექტრონები დააყენებს ენერგეტიკული დონის საშუალო შთამნთქმელი სითბოს Peltier.

შინაგან IF, რომლებიც წარმოიშობა იმის გამო, რომ გავრცელების ელექტრონების საკონტაქტო სფეროებში ელექტროდების და გადაწყვეტა, პირიქით, უბიძგებს ელექტრონები ისრის მიმართულებით ციკლი. ანუ შუამდგომლობა ელექტრონები Element საწინააღმდეგოდ ამ კონტაქტების უნდა გამოიყოს Peltier სითბო. მაგრამ იმის გამო, გადაცემის ელექტრონები კათოდური შევიდა გადაწყვეტა და გამოსავალი ანოდი არის აუცილებლად თან ახლავს ენდოთერმული რეაქციის მომტანი წყალბადის და ჟანგბადის, სითბოს Peltier არ გაათავისუფლებენ შევიდა საშუალო და შეამციროს ენდოთერმული ეფექტი, ანუ როგორც "კონსერვაცია" ამ enthalpy ფორმირების წყალბადის და ჟანგბადის. დეტალებისთვის იხილეთ. In დანართი №2 მესამე ნაწილი სტატიაში.

მატარებელთა (ელექტრონები და იონების) გადაადგილება Element ჩართვა არ არის დახურული ბილიკები, არ არის პასუხისმგებელი ელემენტს არ არის მოძრავი დახურული ჩართვა. თითოეული electron ანოდი მიღებული ხსნარი (რა თქმა უნდა, ჟანგვის OH- იონები ჟანგბადის მოლეკულების), და გაიარა გარე წრის კათოდური, არის volatilized ერთად წყალბადის მოლეკულების (პროცესში აღდგენა იონების H +). ანალოგიურად იონების OH- და H + არ გადაადგილება დახურულ ჩართვა, მაგრამ მხოლოდ შესაბამისი ელექტროდი, და შემდეგ ორთქლდება სახით მოლეკულური წყალბადი და ჟანგბადი. ანუ და იონების და ელექტრონების თითოეულ მოძრავი თავის გარემოს დაჩქარება სფეროში DES და ბოლომდე გზას, როდესაც ისინი მიაღწევენ ზედაპირზე ელექტროდი გაერთიანებულია მოლეკულა, კონვერტაცია მთელი ინახება ენერგია - ენერგია ქიმიური bond, და გარეთ loop!

ყველა შიდა წყაროების EMF Element, ხარჯების შემცირების გარე წყარო წყლის ელექტროლიზით მიიღება. ამგვარად, სითბოს ambient შთამნთქმელი ელემენტები მისი ოპერაცია, რომ შევინარჩუნოთ გავრცელების DES შემცირება ღირებულება გარე წყარო, ანუ, ეს ზრდის ელექტროლიზის ეფექტურობა.

ელექტროლიზის წყლის გარეშე გარე წყარო.

განხილვისას პროცესები ხდება ელემენტს ჩანს, ბ. 1, გარე წყაროს პარამეტრების არ გაითვალისწინა. ვარაუდობენ, რომ შიდა წინააღმდეგობის უდრის ე და ძაბვის 0. Evnesh Element ელექტროდების shorted რომ პასიურობა load (იხ. 5). ამ შემთხვევაში, მიმართულებით და მასშტაბები DES სფეროებში წარმოქმნილი ინტერფეისის ელემენტები იგივე რჩება.

ბ. 5. ამის ნაცვლად Evnesh (ნახ. 1), მათ შორის პასიური დატვირთვის RL.

განსაზღვრავს პირობებს, სპონტანური მიმდინარე ნაკადის ამ ელემენტს. იცვლება Gibbs პოტენციალი, რომლის მიხედვითაც ფორმულა (1) დანართი №1 მესამე ნაწილი სტატია:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

თუ P> Δ H + Q mod mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (კჯ / მოლი) = 1.23 (eV / მოლეკულა)

Δ G arr <0 და სპონტანური პროცესი არის შესაძლებელი.

ჩვენ განვიხილავთ შემდგომ, რომ ელემენტები წყალბადის თაობის რეაქცია მჟავე საშუალო (ელექტროდი პოტენციალი 0 ვოლტი) და ჟანგბადის ტუტე (ელექტროდი პოტენციალი 0.4 ვოლტი). ასეთი ელექტროდი პოტენციალის უზრუნველყოფს გარსის (5, ბ. 5), ძაბვის, რომელიც ეს უნდა იყოს 0.83 ვოლტი. ანუ საჭირო ენერგიის ფორმირების წყალბადის და ჟანგბადის მცირდება 0.83 (eV / მოლეკულა). მაშინ პირობა შესაძლებლობა სპონტანური პროცესი იქნება:

P> 1,23 - 0.83 = 0.4 (eV / მოლეკულა) = 77.2 (კჯ / მოლი) (2)

მიგვაჩნია, რომ ენერგეტიკული ბარიერი წყალბადის და ჟანგბადის მოლეკულების თავიდან აცილება და გამოყენების გარეშე გარე ძაბვის წყარო. ანუ კი n = 0.4 (eV / მოლეკულა), ე.ი. როდესაც შიდა ელექტროდი HPDC 0.4 ვოლტი, ელემენტი იქნება სახელმწიფო დინამიური წონასწორობა, და ნებისმიერი (თუნდაც პატარა) შეცვლის ბალანსის მდგომარეობის გამოიწვევს მიმდინარე ჩართვა.

ერთი დაბრკოლება რეაქცია ელექტროდების არის აქტივაციის ენერგია, მაგრამ ეს არის აღმოფხვრილი გვირაბის ეფექტი, რომლებიც წარმოიშობა იმის გამო, რომ მცირერიცხოვნობისა of უფსკრული ელექტროდების და გადაწყვეტა [7, გვ. 147-149].

ამდენად, საფუძველზე ენერგიის მოსაზრებები, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ სპონტანური მიმდინარე ელემენტს ჩანს, ბ. 5, ეს შესაძლებელია. მაგრამ რა ფიზიკური მიზეზი შეიძლება გამოიწვიოს ამ მიმდინარე? ამ მიზეზის გამო ჩამოთვლილია ქვემოთ:

1. ალბათობა გარდამავალი ელექტრონები კათოდური შევიდა გადაწყვეტა უფრო მაღალია, ვიდრე ალბათობა გადასვლას ანოდი შევიდა გადაწყვეტა, რადგან n-ნახევარგამტარული კათოდური აქვს ბევრი თავისუფალი ელექტრონების მაღალი ენერგეტიკულ დონეზე, და p-ნახევარგამტარული ანოდი - მხოლოდ "ხვრელები", და ეს "ხვრელები" არიან ენერგეტიკულ დონეზე ქვემოთ კათოდური ელექტრონები;

2. გარსის მხარდაჭერა კათოდური სივრცეში მჟავე გარემოში და ანოდი - ტუტე. იმ შემთხვევაში, თუ ინერტული ელექტროდები, ეს იწვევს ის ფაქტი, რომ კათოდური ელექტროდი პოტენციური ხდება უფრო დიდი, ვიდრე ანოდი. შესაბამისად, ელექტრონები უნდა გადავიდეს გარე წრის საწყისი ანოდი კათოდებად;

3. ზედაპირზე პასუხისმგებელი polyelectrolyte გადაწყვეტილებები, რომლებიც წარმოიშობა იმის გამო, რომ Donnan ეფექტი, ქმნის იმ ელექტროდი / გადაწყვეტა სფეროში ისეთი, რომ მოედანზე კათოდური ხელს უწყობს ელექტრონული სარგებელი კათოდური შევიდა გადაწყვეტა და მოედანზე ანოდი - ელექტრონული შესვლის ანოდი საწყისი გადაწყვეტა;

4. ბალანსის წინ და უკან რეაქცია ელექტროდებზე (გაცვლა currents) მიკერძოებულია H + იონების პირდაპირი შემცირება რეაქცია კათოდური და ჟანგვის OH- იონები ანოდზე მას შემდეგ, რაც ისინი თან ახლავს ფორმირების გაზის (H2 და O2), რომელსაც შეუძლია მარტივად ტოვებს რეაქცია ზონაში (Le Chatelier პრინციპი).

ექსპერიმენტი.

რაოდენობრივი შეფასების ძაბვის მასშტაბით დატვირთვის Donnan ეფექტი, ექსპერიმენტი ჩატარდა, რომელშიც კათოდური Element შედგებოდა გააქტიურებული ნახშირბადის გარე გრაფიტის ელექტროდების ანოდი - ნარევი გააქტიურებული ნახშირბადის და ანიონური ფისოვანი AB-17-8 გარე გრაფიტის ელექტროდი. ელექტროლიტების - წყალხსნარში NaOH გადაწყვეტა, ანოდი და კათოდური ფართები გამოყოფილია სინთეზური იგრძნობა. ღია გარე ელექტროდების ამ ელემენტის ჰქონდა ძაბვის დაახლოებით 50 MV. როდესაც დაკავშირებული ელემენტს გარე დატვირთვის 10 ohm დაფიქსირდა მიმდინარე დაახლოებით 500 microamps. როდესაც ambient ტემპერატურა იზრდება 20-დან 30 0C ძაბვის გარე ელექტროდი გაიზარდა 54 mV. გაზრდა ძაბვის დროს ambient ტემპერატურა ადასტურებს, რომ წყარო EMF არის გავრცელების, ე.ი. თერმული შუამდგომლობა ნაწილაკების.

რაოდენობრივი შეფასების ძაბვის მასშტაბით დატვირთვის შიდა HPDC metal / ნახევარგამტარული ექსპერიმენტი ჩატარდა, რომელშიც საკანში კათოდური შედგება სინთეზური გრაფიტის ფხვნილი გარე გრაფიტის ელექტროდების ანოდი - ფხვნილი ბორის კარბიდი (B4C, p-ნახევარგამტარული) გარე გრაფიტის ელექტროდი. ელექტროლიტების - წყალხსნარში NaOH გადაწყვეტა, ანოდი და კათოდური ფართები გამოყოფილია სინთეზური იგრძნობა. ღია გარე ელექტროდების ელემენტს ძაბვის დაახლოებით 150 mV. როდესაც დამაკავშირებელი გარე დატვირთვის ელემენტს 50 kohm ძაბვის დონე 35 mV., ასეთი ძლიერი ძაბვის ვარდნის გამო დაბალი შიდა ბორის კარბიდი და, შედეგად, მაღალი შიდა წინააღმდეგობის Element. საგამოძიებო ძაბვის წინააღმდეგ ტემპერატურა ელემენტს ასეთი სტრუქტურა არ ხორციელდება. ეს არის იმის გამო, რომ, ნახევარგამტარული, დამოკიდებულია მისი ქიმიური შემადგენლობა, ხარისხი დოპინგის და სხვა თვისებები, ტემპერატურის ცვლილება სხვადასხვა გზები შეიძლება გავლენა მოახდინოს მისი Fermi დონეზე. ანუ ტემპერატურის გავლენა EMF Element (გაზრდა ან შემცირება), ამ შემთხვევაში დამოკიდებულია გამოყენებული მასალების, ასე რომ, ეს არ მიუთითებს ექსპერიმენტი.

ამ ეტაპზე ეს გაგრძელდა კიდევ ერთი ექსპერიმენტი, რომელიც საკანში კათოდური მზადდება ნარევი აქტივირებული ნახშირის ფხვნილი და KU-2-8 გარე ფოლადის ელექტროდი და ანოდი ნარევი აქტივირებული ნახშირის ფხვნილი და ანიონური ფისოვანი AB-17-8 გარე ელექტროდი ეხლა ფოლადის. ელექტროლიტების - წყალხსნარში NaCl, ანოდი და კათოდური ფართები გამოყოფილია სინთეზური იგრძნო. გარე ელექტროდების ამ ელემენტს ოქტომბერი 2011 შეუძლიათ მოკლე ჩართვა პასიური ammeter. აქტუალური რომელიც გვიჩვენებს ammeter, ერთი დღის შემდეგ, თავის მხრივ, შემცირდა 1 mA - 100 mkA (რომელიც, როგორც ჩანს, იმის გამო, პოლარიზაცია ელექტროდების), და მას შემდეგ წელიწადზე მეტია არ იცვლება.

პრაქტიკული ექსპერიმენტი ზემოთ აღწერილი დაკავშირებით უფრო ეფექტური მასალების მიუწოდებლობა მიღებული შედეგების მნიშვნელოვნად დაბალია, ვიდრე თეორიულად შესაძლებელია. გარდა ამისა, უნდა იცოდეს, რომ ნაწილი მთლიან შიდა EMF Element ყოველთვის მოხმარებული შენარჩუნების ელექტროდი რეაქცია (წარმოების წყალბადის და ჟანგბადის) და არ შეიძლება შეფასდეს გარე ჩართვა.

დასკვნა.

შეჯამება, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ ბუნება საშუალებას გვაძლევს კონვერტირება თბოენერგია შევიდა სასარგებლო ენერგია და მუშაობა, ხოლო გამოყენებით, როგორც "გამათბობელი" გარემო და არ აქვს "მაცივარი". ამდენად Donnan ეფექტი და შიდა IF მოაქცია თბოენერგია ბრალი ნაწილაკების ელექტრული ველის ენერგიის DEL როგორც ენდოთერმული რეაქციის სითბო გარდაიქმნება ქიმიური ენერგია.

ითვლება საკონტაქტო ელემენტს მოიხმარს სითბოს საშუალო და წყალი, და გამოყოფს ელექტროენერგიის, წყალბადის და ჟანგბადის! უფრო მეტიც, პროცესი ენერგიის მოხმარება და გამოყენება წყალბადის საწვავი, და წყალი ბრუნდება უკან სითბოს საშუალო!

ნაწილი 3 დანართი.

ეს ნაწილი განხილული Donnan წონასწორობის ეფექტი, გადაკვეთაზე შიდა HPDC metal / ნახევარგამტარული და Peltier გათბობის რედოქს რეაქცია და ელექტროდი პოტენციალის ელემენტს.

Donnan პოტენციალი (დანართი №1)

განვიხილოთ წარმოშობის მექანიზმი Donnan პოტენციალი polyelectrolyte. მას შემდეგ, რაც დისოციაციის polyelectrolyte counterions დაიწყოს მცირე, დიფუზიის გზით, რის გამოც მოცულობა მიერ ოკუპირებულ macromolecule. Directional გავრცელების counterions მცირე მოცულობის polyelectrolyte მაკრომოლეკულების გამხსნელი გამო გაზრდილი კონცენტრაცია ნაყარი macromolecule შედარებით დანარჩენი გადაწყვეტა. გარდა ამისა, თუ, მაგალითად, პატარა counterions უარყოფითად დამუხტული, ამ შედეგების, რომ შიდა ნაწილი macromolecule დადებითად ბრალი, და გამოსავალი არის უშუალოდ მოცულობა macromolecule - ნეგატიური. ანუ გარშემო დადებითად დამუხტული macroion მოცულობის, არის ერთგვარი "ion ატმოსფერო" საქართველოს მცირე კონტრ-იონების - უარყოფითად დამუხტული. შეწყვეტა იონური ატმოსფეროს ბრალდებით ზრდის ხდება, როდესაც ელექტროსტატიკური სფეროში შორის ion მოცულობა macroion ატმოსფეროს და ნაშთების თერმული გავრცელების მცირე counterions. შედეგად წონასწორობის შესაძლო განსხვავება ატმოსფეროს და იონური macroions არის Donnan პოტენციალი. Donnan პოტენციალი ასევე შეეხო როგორც გარსის პოტენციალი, რადგან მსგავს სიტუაციაში ხდება წლის semipermeable გარსის, მაგალითად, როდესაც იგი ჰყოფს ელექტროლიტური ხსნარი, რომელსაც აქვს იონები ორი სახის - შეუძლია და არ შეუძლია გავლის therethrough სუფთა გამხსნელი.

Donnan პოტენციალი შეიძლება ჩაითვალოს შეზღუდვის შემთხვევაში გავრცელების პოტენციალი, როდესაც მობილობის ერთი იონების (ამ შემთხვევაში macroion) არის ნულოვანი. მაშინ, შესაბამისად [1, გვ. 535], აღების ბრალდებით counter ტოლია:

E d = (RT / F) ln ( A1 / A2), სადაც

Ed - Donnan პოტენციალი;

R - უნივერსალური გაზის მუდმივი

T - თერმოდინამიკური ტემპერატურა;

F - ფარადეის მუდმივი

a1, a2 - Counter-საქმიანობის საკონტაქტო ეტაპად.

ამ წევრი, სადაც გარსის ჰყოფს poliosnovaniya გადაწყვეტილებები (pH = Lg 1 = 14) და polyacid (pH = Lg 2 = 0), Donnan პოტენციალი მასშტაბით გარსის ოთახის ტემპერატურაზე (T = 300 0 K) იქნება:

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

Donnan პოტენციალი იზრდება პირდაპირპროპორციულად ტემპერატურა. იყიდება გავრცელების ელექტროქიმიური საკანში Peltier გათბობის არის ერთადერთი წყაროა წარმოების სასარგებლო შრომა, გასაკვირი არ არის, რომ ეს ელემენტები EMF იზრდება ტემპერატურის გაზრდასთან ერთად. In გავრცელების საკანში წარმოების მუშაობა, Peltier გათბობის ყოველთვის აღებული გარემოს. როდესაც დენი გადის EDL ჩამოყალიბდა Donnan ეფექტი, ამ მიმართულებით, ემთხვევა პოზიტიური მიმართულებით სფეროში DES (ანუ, როდესაც სფეროში DES ასრულებს პოზიტიური სამუშაო), გათბობის შეიწოვება გარემოს წარმოების ამ ქაღალდზე.

მაგრამ გავრცელების ელემენტი არის უწყვეტი და unidirectional ცვლილება ion კონცენტრაცია, რაც საბოლოო ჯამში იწვევს გათანაბრების კონცენტრაცია და შეჩერების რეჟისორი გავრცელების, განსხვავებით წონასწორობის Donnan, სადაც, ამ შემთხვევაში, ტბები quasistatic currents ion კონცენტრაცია, ერთხელ რომელმაც მიაღწია გარკვეული მნიშვნელობა, უცვლელი რჩება .

ბ. 2 გვიჩვენებს სქემა რედოქს პოტენციალის რეაქცია წყალბადის და ჟანგბადის, როდესაც იცვლება მჟავიანობა გადაწყვეტა. გრაფიკი გვიჩვენებს, რომ ელექტროდი პოტენციალი ჟანგბადის ფორმირების რეაქცია არარსებობის OH- იონები (1.23 ვოლტი მჟავე გარემოში) განსხვავდება იგივე პოტენციალი მაღალი კონცენტრაცია (0.4 ვოლტი ტუტე საშუალო) at 0.83 ვოლტი. ანალოგიურად, ელექტროდი პოტენციალი წყალბადის ფორმირების რეაქცია არარსებობის H + (-0.83 ვოლტი ტუტე საშუალო) განსხვავდება იგივე პოტენციალი მაღალი კონცენტრაცია (0 V in მჟავა საშუალო), ასევე 0.83 ვოლტი [4. 66-67]. ანუ აშკარაა, რომ 0.83 ვოლტი არის საჭირო იმისათვის, რომ მიიღოს მაღალი კონცენტრაციის წყლის შესაბამის იონების. ეს ნიშნავს, რომ 0.83 ვოლტი არის საჭირო მასობრივი ნეიტრალური დისოციაციის წყლის მოლეკულების შევიდა H + და OH- იონები. ასე რომ, თუ გარსის მხარს ჩვენი Element კათოდური სივრცეში მჟავე საშუალო და ტუტე anodic, ძაბვის შეიძლება მიაღწიოს თავის DEL 0.83 ვოლტი, რომელიც არის კარგ შეთანხმებას თეორიული გათვლებით წარმოდგენილი ადრე. ეს ძაბვის უზრუნველყოფს მაღალი გამტარობის სივრცეში DES გარსის წყლის დისოციაციის შევიდა იონების ფარგლებში.

ბ. 2. დიაგრამა რედოქს რეაქცია პოტენციალის

რღვევა წყალი და H + იონების და OH- შევიდა წყალბადის და ჟანგბადის.

IF და Peltier გათბობის (დანართი №2)

"მიზეზი Peltier ეფექტი არის, რომ საშუალო ენერგია მუხტის გადამტანების (for განსაზღვრულობის ელექტრონები) ჩართული გაყვანილობები სხვადასხვა დირიჟორები სხვადასხვა ... In გადასვლას ერთი დირიჟორი სხვა ელექტრონული ან გადასცემს ჭარბი ენერგოსისტემა ან შეავსოს ნაკლებობა ენერგეტიკული საკუთარი ხარჯებით (დამოკიდებულია მიმდინარე მიმართულებით).

ბ. 3. Peltier გავლენას საკონტაქტო ლითონის და ნახევარგამტარული n-: ԐF - Fermi დონეზე; ԐC - ბოლოში ჩატარების ბენდი ნახევარგამტარული; ԐV - valence band; I - პოზიტიური მიმართულებით მიმდინარე; წრეების ისრებით ნაჩვენები სქემატურად ელექტრონები.

პირველ შემთხვევაში ახლოს საკონტაქტო გამოვიდა, და მეორე - ე.წ. შეიწოვება .. Peltier სითბო. მაგალითად, საკონტაქტო ნახევარგამტარული - რკინის (სურათი 3) ენერგია ელექტრონები, რომ გაივლის n ტიპის ნახევარგამტარული ლითონის (მარცხენა touch) მნიშვნელოვნად უფრო მაღალია, ვიდრე ფერმის ენერგიის ԐF. აქედან გამომდინარე, ისინი არღვევს თერმული წონასწორობა ლითონის. Equilibrium აღდგენილია შედეგად შეჯახება, რომელშიც thermalized ელექტრონები, რაც ჭარბი ენერგია კრისტალური. ქსელის. ნახევარგამტარული ლითონის (მარჯვნივ touch) ვერ გაივლის მხოლოდ ყველაზე ენერგიული ელექტრონები, რომ ელექტრონული გაზის რკინის ენერგია კლებულობს. აღდგენის წონასწორობა განაწილების რხევის მოხმარებული ენერგიის მესერი "[2, გვ. 552].

დაუკავშირდეთ metal / p-ნახევარგამტარული ანალოგიური ვითარებაა. იმის გამო, რომ p-გამტარობის ნახევარგამტარული ხვრელების უზრუნველყოს მისი სავალენტო ჯგუფი, რომელიც ქვემოთ არის Fermi დონეზე, მაშინ საკონტაქტო იქნება დამთავრდება, რომელშიც ელექტრონების ნაკადი p-ნახევარგამტარები ლითონის. Peltier გათბობის გამოიცა ან შეიწოვება საკონტაქტო ორი დირიჟორები, იმის გამო, რომ წარმოების უარყოფითი ან დადებითი შიდა IF.

მოყვება მარცხენა საკონტაქტო უფსკრული (ნახ. 3), რომლის Peltier გათბობის განაწილების, ელექტროლიტური საკანში, მაგალითად, წყლის NaOH გადაწყვეტა (სურათი 4) და ლითონის ნახევარგამტარული და n-ასეც იყოს ქიმიურად ინერტული.

ბ. 4. მარცხენა საკონტაქტო n-ნახევარგამტარული და რკინის ღიაა და მოთავსებული უფსკრული ელექტროლიტური ხსნარი. აღნიშვნების იგივეა, რაც ბ. 3.

იმის გამო, რომ, როდესაც მიმდინარე ნაკადების «მე», ნახევარგამტარული n-ელექტრონების ენერგიის ჩამოვა გადაწყვეტა, ვიდრე გამოდის გადაწყვეტა რკინის, ეს ჭარბი ენერგია (სითბოს Peltier) უნდა დავდგეთ საკანში.

მიმდინარე მეშვეობით საკანში შეიძლება მხოლოდ იმ შემთხვევაში, ტბები მასში ელექტროქიმიური რეაქცია. იმ შემთხვევაში, თუ ეგზოთერმული რეაქცია საკანში, Peltier გათბობის გამოვიდა საკანში, უფრო მას წასასვლელი არსად აქვს. იმ შემთხვევაში, თუ რეაქცია საკანში - ენდოთერმული, რომ Peltier გათბობის მთლიანად ან ნაწილობრივ აანაზღაუროს ენდოთერმული ეფექტი, ანუ შექმნან რეაქცია პროდუქტი. ამ მაგალითად, საერთო საკანში რეაქცია: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - ენდოთერმული, ასე სითბოს (ენერგიის) საქართველოს Peltier არის, რომ შევქმნათ მოლეკულების და H2 O2, იქმნება ელექტროდებით. აქედან გამომდინარე, ჩვენ მიიღოს, რომ სითბოს Peltier შერჩეული საშუალო სწორი n საკონტაქტო ნახევარგამტარი / რკინის არ გამოვიდა ისევ გარემოს და ინახება სახით ქიმიურ ენერგიას წყალბადის და ჟანგბადის მოლეკულებს. ცხადია, რომ ოპერაცია გარე ძაბვის წყარო მოხმარებული ელექტროლიზის წყალი, ამ შემთხვევაში იქნება პატარა, ვიდრე იმ შემთხვევაში იდენტური ელექტროდები, რამაც არ კლების Peltier ეფექტი ..

მიუხედავად იმისა, რომ თვისებები ელექტროდები, ელექტროლიტური საკანში თავად შეუძლია აღიქვას და სითბოს გავლისას Peltier მიმდინარე მასთან. კვაზი-სტატიკური პირობები, პოტენციური ცვლილება Gibbs საკნები [4, გვ. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, სადაც

Δ H - enthalpy ცვლილება საკანში;

T - თერმოდინამიკური ტემპერატურა;

Δ S - ცვლილება ენტროპიის საკანში;

Q = - T Δ S - სითბოს Peltier საკანში.

იყიდება წყალბადის და ჟანგბადის ელექტროქიმიური საკანში T = 298 (K), ცვლილება enthalpy ΔHpr = - 284,5 (კჯ / მოლი) [8, გვ. 120], ცვლილება Gibbs პოტენციალი [4. ა. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (კჯ / მოლი), სადაც

z - რაოდენობის ელექტრონები ერთ მოლეკულა;

F - ფარადეის მუდმივი

E - emf საკანში.

ამიტომ

Q გამზირზე = - T Δ S AVE = Δ G ა.შ. - Δ H ა.შ. = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (კჯ / მოლი)> 0,

ანუ წყალბადის და ჟანგბადის ელექტროქიმიური უჯრედის ქმნის სითბო Peltier გარემოს, ხოლო გაუმჯობესების მისი ენტროპია და შემცირებისათვის. ამის შემდეგ, შებრუნებული პროცესი, რომელიც ელექტროლიზის წყალი, რომელიც არის იმ შემთხვევაში, ჩვენს მაგალითში, Peltier გათბობის Q mod = - Q გამზირზე = - 47.3 (კჯ / მოლი) ელექტროლიტური იქნება შეიწოვება გარემო.

აღნიშნავს P - Peltier გათბობის აღებული გარემოს უფლება n საკონტაქტო ნახევარგამტარი / რკინის. სითბოს P> 0 უნდა დავდგეთ საკანში, არამედ იმიტომ, რომ რღვევა წყლის საკანში ენდოთერმული რეაქციის (Δ H> 0), Peltier გათბობის P არის კომპენსირება თერმული ეფექტი რეაქცია:

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

Mod Q დამოკიდებულია მხოლოდ შემადგენლობის ელექტროლიტური, მას შემდეგ, რაც ეს არის დამახასიათებელი ელექტროლიტური საკანში ინერტული ელექტროდების და n არის დამოკიდებული მხოლოდ ელექტროდი მასალები.

განტოლება (1) აჩვენებს, რომ სითბოს Peltier P და Peltier გადაიზარდა mod Q, რომლებიც წარმოების სასარგებლო შრომა. ანუ Peltier გათბობის წაართვეს საშუალო ამცირებს ღირებულება გარე კვების წყაროს საჭირო ელექტროლიზი. სიტუაცია, სადაც სითბოს საშუალო ენერგიის წყაროს წარმოების სასარგებლო შრომა, დამახასიათებელია გავრცელების, ისევე როგორც მრავალი ელექტროქიმიური საკნების, მაგალითები ასეთი ელემენტები ნაჩვენები [3, გვ. 248 - 249].

ლიტერატურა

1. გერასიმოვი Ya. I. რა თქმა უნდა, ფიზიკური ქიმიის. Tutorial: For უნივერსიტეტებში. V 2 ტ. T.II. - მე -2 ed .. - M.: ქიმიის, მოსკოვი, 1973. - 624 გვ.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier ეფექტი. // ფიზიკური ენციკლოპედია. 5 მ. T. III. იქს - Poynting თეორემა. / ჩ. Ed. ა მ PROHOROV. Ed. ითვლიან. DM ალექსეევი, ა მ Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-რომანოვების და სხვები -. მ. დიდი რუსული ენციკლოპედია, 1992 - 672 გვ. - ISBN 5-85270-019-3 (3 მ.); ISBN 5-85270-034-7.
3. კრასნოვის KS ფიზიკური ქიმიის. 2 წიგნი. Vol. 1. სტრუქტურა Matter. თერმოდინამიკა: Proc. უმაღლეს სასწავლებლებში; KS კრასნოვის N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. მე -3 ედ .. - M.: უმაღლესი. WK 2001 -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. კრასნოვის KS ფიზიკური ქიმიის. 2 წიგნი. Vol. 2. ელექტროქიმიის. ქიმიური კინეტიკა და კატალიზის: Proc. უმაღლეს სასწავლებლებში; KS კრასნოვის NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M.: უმაღლესი. WK 2001 -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV ზოგადი კურსი ფიზიკა. Tutorial: For უნივერსიტეტებში. 5 მ. T.III. ელექტროენერგია. - მე -4 ed, სტერეოტიპები .. - M.: FIZMATLIT; გამომცემლობა MIPT, 2004. - 656 გვ. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 მ.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. ფიზიკური ქიმიის პოლიმერები. - M.: ქიმიის, მოსკოვი, 1968. - 536 გვ.
7. Vetter K. ელექტროქიმიური კინეტიკა, თარგმნილი გერმანული ენის ავტორის ცვლილებების რუსულ გამოცემა, რედაქტორი CORR. სსრკ მეცნიერებათა აკადემიის პროფესორი. Kolotyrkin YM - M.: ქიმიის, მოსკოვი, 1967 - 856 გვ.
8. P. Atkins ფიზიკური ქიმიის. 2 v. T.I., თარგმნილი ინგლისური ენის ექიმი ქიმიური მეცნიერებები butin KP - M.: Mir, მოსკოვი, 1980 - 580 გვ.