Қоршаған ортаны қорғау жылу Пайдалы жұмыс

Кейбір терминдер мен анықтамалар 1. бөлігі.

ЭҚК (ЭМӨ) электролит және электродтар арасындағы Шекарадағы жасушаларын гальваникалық әрекет ететін ағымдағы көзі ... сыртқы күш қамтитын ажырамас сыртқы күш өрісі бөлігі болып табылады. Олар сондай-ақ, екі түрлі металдар арасындағы шекарада жұмыс істейді және бұл ретте байланыс потенциалдар айырмасы [5, б анықтау. 193, 191]. Сомасы тізбек шетінде орналасқан өткізгіштердің арасындағы потенциалдар айырмасының, тең, және ЭҚК EMF дирижер тұйықталу деп аталады тұйықталу бөлімнің барлық беттерде әлеуеті секіру ... Бірінші түрдегі өткізгіштердің ғана тұратын тізбек тұйықталу, ЭМӨ дұрыс ашық болса ... оларды (Вольта құқық) хабарласыңыз тікелей алғашқы және соңғы дирижер арасындағы әлеуетті секіруден тең Бұл тізбек нөлге тең болады. P, [кем дегенде екінші түрінің бірі дирижер электрохимиялық жасушалар (немесе тізбектер электрохимиялық элементтері) болып табылады 1 Әлбетте кем дегенде бір электролитте қолданылатын құқық вольтты ... қамтиды ашық тізбек сым, тұратын тек дирижер тізбек түзету үшін. 490 - 491].

Полиэлектролиттердің, демек, сол макромолекулаларының жылы, қайталанатын төлемдер ... сшитым полиэлектролиттердің (иониттер, үлкен саны, ерітіндідегі иондардың ішіне диссоциациялану қабілетті полимерлер ион алмасу шайыр) , [6 P диссоциациялану қабілеті сақтай отырып тарата емес, тек қана, жігер. 320 - 321]. Полиэлектролиттердің оң иондар мен poliosnovaniyami деп аталатын ОН- macroion зарядталған теріс зарядталған macroion диссоциировать және H + иондары polyacids деп аталады және ішіне диссоциирует.

Donnan тепе әлеуетті бұл шегі барлық иондар үшін өтімді емес болса, екі электролиттердің арасындағы фазалық шекарасында орын әлеуетті айырма болып табылады. кейбір иондар үшін Непроницаемость лимиттер, мысалы, белгілі бір мөлшерден артық бөлшектердің үшін аударуына бар өте тар тері тесігі бар мембранасының болуын себеп болуы мүмкін. кез келген иондар сондықтан қатты, әдетте мүмкін емес, оны қалдыру фазалардың бірі байланысты, егер интерфейсті сайлау өткізгіштігінің жүреді және. Дәл иондық ион алмасу шайырлары ұстай немесе ион алмасу тобы молекулалық торда немесе матрицада homopolar облигацияны тіркелген. шешім, онымен осындай матрицаның нысандарын ішіндегі бір фазалы бірге болып табылатын; тыс орналасқан шешім, - екінші [7. 77].

Электр қос қабатты (EDL) 7 [бір-бірінен белгілі бір қашықтықта орналасқан қарсы зарядталған қабаттарының орнату екі кезеңнен тоғысында орын. 96].

Байланыс [2, б арқылы өтетін электр тоғының бағытына байланысты екі түрлі өткізгіштердің байланыста кезінде Пельтье эффектісі жылу осы оқшаулануына немесе сіңуін. 552].

2 бөлім: су электролизі жылу орта пайдалану.

Ажырамас күріш электрохимиялық ұяшықтың (бұдан әрі элемент) схемасын, пайда болу механизмін қарастырайық. 1, салдарынан ішкі байланыс әлеуетті айырма (ПКК) және Donnan әсері көбірек ЭМӨ (Donnan әсері мәнін қысқаша сипаттамасы, ішкі ПКК және ілеспе Пельтье жылу баптың үшінші бөлігінде көрсетілген).

Сур. электрохимиялық ұяшықтың 1. схемалық ұсыну: 1 - катодты 3 ерітіндісімен байланысқа, электролит катиондардың электрохимиялық қалпына келтiру реакция оның бетінде пайда, химиялық инертті қатты легірленген N-жартылай өткізгішті жасалған. металданған сыртқы кернеу көзі, оны қосып катодты бөлігі; 2 - анод 4 ерітіндісімен байланысқа, бетіндегі оның химиялық инертті қатты легірленген р-жартылай өткізгішті жасалған, электролит аниондардың электрохимиялық тотығу реакциясын орын. металданған сыртқы кернеу көзі, оны қосып анод бөлігі; 3 - macroion кезінде суға диссоциациялану катодты ғарыш, полиэлектролитті шешім, теріс зарядталған және оң шағын K + (осы мысалда сутегі ион Н +) Противоионов зарядталған r-; 4 - оң зарядталған macroion R + және теріс зарядталған Противоионов шағын A- ішіне диссоциациялану суда анод бөлік полиэлектролитті шешім (бұл мысалда ол гидроксиді иондар ОН-); 5 - мембраналық (диафрагма), макромолекулалардың (macroion) полиэлектролиттердің үшін өткізбейтін, бірақ шағын Противоионов K +, A- және су молекулаларының ортақ кеңістік 3 және 4 толық өтімді болып; Evnesh - сыртқы кернеу көзі.

ЭМӨ Donnan әсері

сулы poliosnovaniya (R + ОН-) - ашықтық үшін катодты кеңістігін, электролит (. 3, 1-сурет) сулы polyacid ерітіндісі (R-H +), электролит және (1. Cурет 4) анод бөлімін таңдалады. катодты бөлікте диссоциациялану polyacids нәтижесінде, катодты бетіне жақын (1, 1-сур.), H + иондарының концентрациясының жоғарылауы бар. катодты бетінің маңында пайда оң заряд теріс, өйткені, macroions r- зарядталған өтеледі емес, олар байланысты оның мөлшерін және оң зарядталған иондық атмосфераның (толығырақ баптың үшінші бөлігінде қосымшаға №1 жылы. сипаттамасы Donnan әсер қараңыз үшін) қатысуымен жақын катодта бетіне келіп мүмкін емес. Осылайша, катодты беті тікелей байланыста ерітінді шекаралық қабаты оң зарядты бар. Нәтижесінде, ерітіндімен іргелес катодты бетіндегі электростатикалық индукция, электрондардың өткізгіштігінің теріс заряд бар. яғни катодты беті арасындағы шекарада және DES шешім жүреді. ТЖД далалық катодты электрондарды итермелейді - шешуге.

Сол сияқты, тікелей анод (2, 1-сур.), Анод бөлікке шешу шекаралық қабаттағы (4, 1-сур.) Бойынша анодтық бетіне байланыста теріс зарядты, анодты бетінде, ерітіндісімен үздіксіз, оң заряд бар. яғни анодтық бетінде және шешу тоғысында, сондай-ақ DES жүреді. ТЖД далалық шешу электрондарды итермелейді - бір анод.

Осылайша, жылу шешім иондарының диффузиялық қолдау ерітіндісімен және катодта анод интерфейстердің кезінде ТЖД далалық, сыртқы көзі бар әрекет жасайтын, екі ішкі ЭМӨ көзі болып табылады, яғни, цикл сағат тіліне қарсы теріс айып итеру.

Диссоциациялану poliosnovaniya polyacids сондай-ақ мембрана арқылы термалды диффузияның катодтық ғарыштан (5, 1-сурет) H + иондары туғызады -. Анод және анод бөліктен ОН- иондары - катод. артық теріс заряд бар катодты ғарыштан, бұл соншалықты Macroion R + және R- полиэлектролиттердің, мембрана арқылы жылжыту мүмкін емес, және анодтық ғарыштан - артық оң заряд, яғни, басқа DPP салдарынан Donnan әсері бар. Осылайша, мембраналық, сондай-ақ жылу диффузия сыртқы көзі бар әрекет жасайтын, ҚОБҚ ішінде орын және иондар шешімін сақтап қалды.

Біздің мысалда, мембрана арқылы кернеу ретінде 0,83 вольт, жетуі мүмкін анод бөлік катодты бөлігінің қышқыл ортада сілтілік ортада көшу 0 вольт 0,83 - бұл стандартты сутекті электродтың потенциалы өзгеруіне сәйкес келеді. Толық ақпарат алу үшін, қараңыз. баптың үшінші бөлігінде қосымшаға №1 жылы.

ЭМӨ ішінен ПКК

Элемент EMF Ол сыртқы кернеу көзін қосу үшін қызмет ететін, олардың металл бөліктеріне байланыс жартылай өткізгіш анод пен катодтың, оның ішінде жүреді. Бұл EMF ішкі террор салдарынан. Ішкі IF яғни, байланыс дирижерлер қоршаған кеңістікте сыртқы өріс айырмашылығы, жасау емес, Ол өткізгіштердің тыс зарядталған бөлшектердің қозғалысы әсер етпейді. Құрылыс N-жартылай өткізгіш / металл / P-жартылай өткізгіш жеткілікті белгілі және пайдаланылады, мысалы, термоэлектрлік Пельтье модуль. ЭҚК шамасы 0,6 Вольт [5, с - бөлме температурасында осындай құрылымы 0,4 тәртібін мәндерін жетуі мүмкін. 459; 2, б. 552]. байланыстарды өрістер олар ілмектер тіліне қарсы электрондарды итеріңіз етіп, яғни бағытталған сыртқы көзі бар концертке акт. электрондар Пельтье жылуы ортаны жұтып энергетикалық деңгейін көтеру.

салдарынан электродтар байланыс аудандары мен шешу электрондардың диффузияның туындайтын IF Ішкі, керісінше, цикл сағат тілімен электрондарды итермелейді. яғни сағат тіліне қарсы, осы байланыстар элемент электрондардың қозғалысы Пельтье жылу бөлінуге тиіс. бірақ, өйткені анод Ерітінді және ерітіндінің катодта электрондардың беру міндетті сутегі және оттегі қалыптастырушы эндотермиялық реакция жүреді, Пельтье жылуы ортаға шығарды емес, және эндотермиялық әсерін төмендету болып табылады, яғни сутегі және оттегі қалыптастыру энтальпии «сақталады» сияқты. Толық ақпарат алу үшін, қосымшада. қараңыз №2 баптың үшінші бөлігінде.

тасымалдаушылар (электрондар мен иондар) Элемент тұйықталу жабық емес жолмен қадам, элементі жоқ заряды жабық контур қозғалады емес. (Оттегі молекулаларының ОН- иондарының тотығу барысында) шешу алынған, және катодты сыртқы тізбек арқылы өткен әрбір электрон анодты, (Н + иондарының қалпына келтіру үдерісінде) сутегі молекулаларының бірге ұшпайтын отыр. Сол сияқты ОН- және H + жабық контур, бірақ тек тиісті электрод өту, содан кейін молекулярлық сутегі мен оттегінің түрінде буланып емес, иондар. яғни , Және цикл жүзеге химиялық байланыс энергиясы - және әрбір ТЖД тездетіледі саласындағы, және жолын соңында оның қоршаған ортаға қозғалатын иондар және электрондар, олар электрод бетіне жетуі бүкіл сақталған энергиясын түрлендіру, молекуласы біріктіріледі!

ЭҚК ішкі көздерінің Барлық Элемент, су электролизі үшін шығындар, сыртқы көзін азайту. Осылайша, ТЖД диффузия сақтау үшін оның жұмыс істеу кезінде элементтерін сіңіріп қоршаған ортаны жылу, сыртқы көзі, яғни құнын төмендету болып табылады, Бұл электролиз тиімділігін арттырады.

кез келген сыртқы көзі жоқ су электролиз.

Суретте көрсетілген элементі болып жатқан процестерді қарауға. 1, сыртқы көзі параметрлері назарға алынбайды. ішкі кедергісі Rd тең делік және 0. Бұл Evnesh бір кернеу Элемент электродтар (сур. 5-тармақтан қараңыз) пассивті жүктемесі болған қысқа. Бұл жағдайда, элементтерде тоғысында туындайтын бағыт және ТЖД магнитудасы өрістер бірдей қалады.

Сур. пассивті жүктеме RL, соның ішінде 5. орнына Evnesh (1-сур.).

Осы элементтің риясыз ағымдағы ағынының жағдайын анықтаңыз. баптың үшінші бөлігінде қосымшаға №1 формула (1) бойынша, Гиббс әлеуеті өзгерту:

Δ G обр = (Δ H обр - N) + Q Mod

47,2 = 237,3 (кДж / моль) = 1,23 (эВ / молекуласы) - P> Δ H + Q Mod MOD = 284,5 болса

Δ G обр <0 және риясыз процесс мүмкін.

Біз элементтері сутегі генерациялау реакция қышқыл ортада (0 вольттан электрод әлеуеті), және сілтілік (0,4 вольт электрод әлеуеті) оттегінің кездеседі деп одан әрі қарауға болады. Мұндай электродтық потенциалдар осы 0,83 вольт тиіс болатын кернеу, (5, сурет. 5) мембрана қамтамасыз етеді. яғни сутегі және оттегі қалыптастыру үшін қажетті энергия 0,83 (эВ / молекуласының) қысқарды. Содан кейін өздігінен процесі ерік мүмкіндігі жағдайы:

P> 1,23 - 0,83 = 0,4 (эВ / молекуласы) = 77,2 (кДж / моль) (2)

Біз сутегі энергия кедергі және оттегі молекулаларының болдырмауға және сыртқы кернеу көзін пайдаланбай таптыңыз. яғни тіпті N = 0,4 (эВ / молекуласы), яғни кем кезде ішкі электрод HPDC 0,4 вольт, элемент динамикалық тепе-теңдік күйде болады, ал балансы жағдайлардың кез (тіпті шағын) өзгерту тізбегіндегі ток тудырады.

электродтар кезінде реакциялардың тағы бір кедергі активтендіру энергиясы болып табылады, бірақ ол тасталады , тоннель әсері салдарынан электродтар мен ерітіндісінің арасындағы алшақтықты [7, б сәл туындайтын. 147-149].

Осылайша, энергетикалық пайымдауларға негізінде, біз суретте көрсетілген элементі бұл стихиялық ток жасасуға. 5, бұл мүмкін. Бірақ физикалық қандай себептер осы ток тудыруы мүмкін? Бұл себептер төменде көрсетілген:

1. ерітіндіге анод өту ықтималдығы қарағанда жоғары ерітіндісіне катодта электрондардың өту ықтималдығы, бері N-жартылай өткізгіш катодты тегін жоғары энергетикалық деңгейге электрондар, және P-жартылай өткізгіш анод көп - тек «тесіктер», және осы «тесіктер» катодты электрондар төмен энергетикалық деңгейде;

2. мембраналық қышқыл қоршаған ортаны катодты кеңістікте қолдау және анод отыр - сілтілік. инертті электродтарды жағдайда, бұл катодты электрод әлеуетті анод шыққандығыңыз фактісі әкеледі. Демек, электрондар Анод катодта сыртқы тізбек арқылы жылжыту керек;

3. салдарынан Donnan әсерге туындайтын полиэлектролитті шешімдерді беті заряд, катодты өріс электрондардың ерітіндісіне катодта табыстылық, және анодта өріс ықпал сияқты, бұл электрод / шешім кенішінде жасайды - шешімінен анодтың электрондардың жазба;

4. алға балансы және электродта реакциялар кері (алмасу ағымдар) бастап, анодта ОН- иондарының катодты және тотығу кезінде H + иондары тікелей тотықсыздану реакцияларының қарай жылжуын олар оңай (Le Шателье принципі) реакция аймағына қалдырып қабілетті газ қалыптастыру (H2 және O2) жүреді.

Эксперименттер.

сыртқы графит электрод бар белсендірілген көмір және аниондық шайыр AB-17-8 қоспасы - Donnan әсер жүктеме арқылы кернеу сандық бағалау үшін, эксперимент жүргізілді, онда катодты Элемент сыртқы графит электрод және анодты активтендірілген көмірдің тұрды. Электролит - су NaOH ерітіндісі, анодтық және катодтық кеңістіктер синтетикалық киізден бөлінген. Бұл элементтің ашық сыртқы электродтар туралы 50 мВ кернеу болды. сыртқы жүктеме 10 элементі қосылған кезде 500-ге жуық microamps белгіленген ток Ом. 20 0C 30 кернеу сыртқы электродтар қоршаған ортаның температурасы артады 54 мВ дейін өсті кезде. қоршаған ортаны температурада кернеу арттыру ЭҚК көзі екенін растайды диффузия яғни, болып табылады бөлшектердің жылулық қозғалысы.

сыртқы графит электрод бар бор карбиді ұнтақ (B4C, P-жартылай өткізгіш) - ішкі HPDC металл / жартылай өткізгіш эксперимент бастап жүктеме арқылы кернеу сандық бағалау үшін ұялы катодты сыртқы графит электрод және анодты синтетикалық графитті ұнтақ тұрады, онда өткізілді. Электролит - су NaOH ерітіндісі, анодтық және катодтық кеңістіктер синтетикалық киізден бөлінген. элементі кернеу ашық сыртқы электродтар туралы шамамен 150 мВ болды. элементі сыртқы жүктемені жалғаған кезде 50 кОм кернеу нәтижесінде, жоғары ішкі кедергісі элементі ретінде. 35 мВ төмен ішкі бор карбиді салдарынан Мұндай күшті кернеудің төмендеуі төмендеді және. мұндай құрылымын элементі үшін температурасына байланысты тергеу кернеу жүргізілген жоқ. Бұл салдарынан жартылай үшін, оның химиялық құрамы, допинг және басқа да қасиеттерін дәрежесіне байланысты, әр түрлі жолмен температура өзгеруі оның Ферми деңгейі әсер етуі мүмкін, бұл шын мәнінде болып табылады. яғни ҚОБҚ температура әсері Элемент (ұлғаюы немесе азаюы), бұл жағдайда пайдаланылатын материалдардың байланысты, сондықтан осы индикативтік эксперимент емес.

Осы сәтте ол сыртқы электродтар белсендірілген көмір ұнтағы және аниондық шайыр AB-17-8 қоспасынан, сыртқы тот баспайтын болаттан электрод және анодты басқа ұялы катодты белсендірілген көмір ұнтақ қоспасы болып табылатын эксперимент және Ku-2-8 жалғастырды тот баспайтын болаттан жасалған. Электролит - NaCl ерітіндісі, анодтық және катодтық кеңістіктер синтетикалық киізден бөлінген. 2011 жылдың қазан айында осы элементтің сыртқы электродтар қысқа тұйықталу пассивті амперметр қабілетті. амперметр көрсететін Ағымдағы, өз кезегінде кейін күні туралы, 1 мА -ға азайды - (байланысты электродтар поляризация шамасы болып табылады) дейін 100 МА, содан бері бір жылдан астам өзгермейді.

практикалық, эксперимент жетімсіздігі теориялық мүмкін қарағанда айтарлықтай төмен нәтиже алынған неғұрлым тиімді материалдармен байланысты жоғарыда сипатталған. Сонымен қатар, жалпы ішкі ЭҚК бір бөлігі хабардар болуы Элемент әрқашан электрод реакция (сутегі мен оттегі өндіру) қолдау үшін тұтынылатын және сыртқы тізбегінде өлшенуі мүмкін емес.

Қорытынды.

қорытындылай келе, біз «жылытқыш» ортасы ретінде пайдалану арқылы және «тоңазытқышты» ие емес, ал табиғат, пайдалы энергия немесе жұмысқа жылу энергиясын түрлендіру мүмкіндік береді қорытынды жасауға болады. Осылайша Donnan әсері және ішкі зарядталған бөлшектердің жылу энергиясын егер айырбасталады электр өрісі энергиясының эндотермиялық реакция жылу химиялық энергиясына айналады ретінде DEL.

Қабылдауға байланыс элементі орта және су жылу тұтынады, және электр қуатын, сутегі және оттегі бөледі! Сонымен қатар, энергия тұтыну және отын ретінде сутегі пайдалану, су және процесс жылу ортаға кері қайтарады!

Қосымшаның 3-ші бөлім.

Бұл бөлігі одан әрі элементі тотығу-тотықсыздану реакциялар және электродтық потенциалдар ішкі HPDC металл / және жартылай өткізгішті Пельтье жылу тоғысында, Donnan тепе әсері талқыланады.

Donnan әлеуетті (Қосымша №1)

полиэлектролитті үшін Donnan әлеуетін туындау механизмін қарастырайық. Диссоциациялану полиэлектролитті Противоионов кейін макромолекулаларының атқарған көлемін қалдырып, диффузия арқылы, оның шағын бастайды. еріткіш шағын көлемі полиэлектролитті макромолекулалардан Противоионов бағытталған диффузиялық шешу қалған салыстырғанда макромолекулаларының үймелі өсті концентрациясына байланысты. Мысалы, шағын Противоионов теріс зарядталған, Сонымен қатар, егер, осы әкеп макромолекулаларының ішкі бөлігі оң зарядталған, ал шешім макромолекулаларының көлеміне тікелей сабақтас болып табылады, бұл - теріс. яғни теріс зарядталған - оң зарядталған macroion көлемі шамамен, шағын қарсы иондар «иондық атмосфераның» бір түрі бар. Тоқтату иондық атмосфера заряд өсуі кезінде орын электростатикалық өрісті ион көлемі macroion атмосфераға арасындағы шағын және Противоионов жылу диффузия теңестіреді. атмосфераға және иондық macroions арасындағы нәтижесінде тепе-теңдік потенциалдар айырмасы Donnan әлеуеті болып табылады. Donnan әлеуетті, сондай-ақ деп аталады , мембраналық әлеуетін өйткені қабілетті және таза еріткіштің еке өтетін қабілетті емес - ұқсас жағдай ол екі түрінен иондары бар электролит ерітіндісін ажыратады кезде, мысалы, Жартылай өткізгіш мембрана орын алады.

Donnan әлеуетті (бұл жағдайда macroion жылы) иондардың бірінің ұтқырлық нөлге тең болған жағдайда, диффузиялық әлеуетін шекті жағдайы ретінде қарастыруға болады. Содан кейін, [1 сәйкес, б. 535], бір тең қарсы заряд отырып:

E D = (RT / F) LN ( А1 / А2), онда

Ed - Donnan әлеуетті;

R - газ әмбебап тұрақты;

T - термодинамикалық температура;

F - Фарадей тұрақтысы;

a1, a2 - байланыс кезеңнен қарсы белсенділігі.

мембраналық poliosnovaniya шешімдерді (рН = Lg 1 = 14) және polyacid (рН = Lg 2 = 0) ажыратады, онда осы мүшесі, бөлме температурасында (T = 300 0 К) кезінде мембрана арқылы Donnan әлеуетті болар еді:

E D = (RT / F) (Lg а 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * LN (10) = 0,83 Вольт

температурасына тікелей пропорционалды Donnan әлеуетін арттырады. электрохимиялық ұяшық Пельтье жылу диффузиялық пайдалы жұмыс өндірісі үшін жалғыз көзі болып табылады, ол осындай элементтері ЭМӨ бұл таңқаларлық емес арттыру температурасы артады. жұмыс өндірісі үшін диффузиялық ұяшықтағы, Пельтье жылу әрқашан қоршаған ортаны алынады. EDL арқылы ағымдағы ағындары Donnan әсер қалыптасады кезде, ТЖД саласындағы оң бағытына сәйкес келетін бағыт (ТЖД далалық оң жұмысын орындайды яғни, қашан) жылы, жылу осы қағаз өндіру үшін қоршаған ортаға сіңеді.

Бірақ диффузиялық элементі бір рет белгілі бір мәні жетіп квазимемлекеттік статикалық ток, ион концентрациясы, туындаған жағдайда, өзгеріссіз қалады, онда, тепе-теңдік Donnan айырмашылығы, сайып келгенде, концентрациясы теңестіру әкеледі және бағытталған диффузия тоқтату, ол иондарының концентрациясының үздіксіз Однонаправленный өзгеруі болып табылады .

Сур. шешу қышқылдығын өзгерген кезде 2 сутегі және оттегі реакциялардың тотығу-тотықсыздану потенциалдарының диаграммасын көрсетеді. диаграмма 0,83 вольт ОН- иондары (қышқыл ортада 1,23 вольт) жоғары концентрациясында сол әлеуетін ерекшеленеді (сілтілік ортада 0,4 вольт) болмаған жағдайда оттегі қалыптастыру реакция электрод потенциалын екенін көрсетеді. Сол сияқты, H + (сілтілік ортада -0,83 вольт) болмаған жағдайда сутегі-қалыптастыру реакция электрод әлеуеті, сондай-ақ 0,83 вольт [4, жоғары концентрациясы (қышқылды ортада 0 В) сол әлеуетін ерекшеленеді. 66-67]. яғни 0,83 вольт тиісті иондардың су жоғары концентрациясын алу үшін қажет екенін анық. Бұл 0,83 вольт H + және ОН- иондары ішіне су молекулаларының бейтарап диссоциациялану массасы үшін қажет дегенді білдіреді. мембраналық Біздің Элемент катодты кеңістікке қышқыл, орта және сілтілік анодты жылы қолдау Осылайша, егер кернеу бұрын ұсынылған теориялық есептеулер жақсы келісімде оның DEL 0,83 вольт, жетуі мүмкін. Бұл кернеу оған ішіндегі иондардың су диссоциациялану жоғары өткізгіштік ғарыш DES мембрана қамтамасыз етеді.

Сур. 2. Диаграмма тотығу-тотықсыздану реакция потенциалдар

су ыдырау және H + иондары және ОН- сутегі және оттегі салыңыз.

IF және Пельтье жылу (Қосымша №2)

«Пельтье әсері себеп түрлі өткізгіштер электр өткізгіштігінің тартылған (электрон анықтау үшін) заряд тасымалдаушылардың орташа энергиясы, басқа электрондық бір өткізгіштен келген көшу жылы ... әр түрлі болып табылады немесе артық энергия торды беру немесе оның есебінен энергия жетіспеушілігін толықтыру (ағымдағы бағытына қарай).

Сур. 3. Байланыс металл және жартылай өткізгіш n- бойынша тиімділік Пельтье: ԐF - ферма деңгейі; ԐC - жартылай өткізгіштігінің төменгі; ԐV - валенттілігі; Мен - токтың оң бағыты; электрондар, сызба көрсетілгендей көрсеткілерді үйірмелер.

байланыста жақын бірінші жағдайда шығарды, және екіншісі - сіңеді деп аталатын .. Пельтье жылу. Мысалы, байланыс жартылай өткізгішті туралы - металл (3-сурет) металға N-типті жартылай өткізгіш көшу электрондардың энергетикалық (сол жақ сенсорлық) энергиясын фермасы ԐF қарағанда айтарлықтай жоғары болады. Сондықтан, олар металл жылу тепе-теңдік бұзылған. Тепе-теңдік артық энергия кристалдық беріп, электрондарды thermalized онда соқтығысу, нәтижесінде қалпына келтірілді. тор. металл электрондардың газ салқындағанда етіп жартылай өткізгіш металл (оң Touch), тек ең жігерлі электрондардың өтуге болады. тербеліс энергиясын тепе бөлу қалпына келтіру бойынша P, 2 [ «Тор тұтынылатын. 552].

металл / P-жартылай өткізгіш жағдайды байланысу ұқсас. себебі P-өткізгіштік жартылай өткізгіш тесіктері ферма деңгейінен төмен болып табылады, оның валенттілігі аймақ қамтамасыз ету, содан кейін контакт электрондар металл үшін P-Жартылай өткiзгiш ағатын, онда салқындатылған болады. Пельтье жылу ішкі ИҚ теріс немесе оң өндіру салдарынан екі өткізгіштердің, жанасу арқылы бөлінетін немесе сіңірілетін.

ол химиялық инертті болсын N-, сол байланыс алшақтықты (сур. 3) енгізілген бойынша Пельтье жылу бөлу, электролиздік мысалы ұялы, су NaOH ерітіндісі (4-сурет) және металл жартылай өткізгіш және.

Сур. 4. сол жақ байланыс N-жартылай өткізгіш және металл ашық болып табылады және электролит ерітіндісінің саңылау орналастырылған. Белгілер суретте бірдей. 3.

ағымдағы «Мен» ағып кезде жоғары энергетика N-электрондардың жартылай өткізгіш металл ерітіндісінің шығып қарағанда шешімін келіп, Себебі, бұл артық энергия (Пельтье жылуы) ұяшықта тұруға тиіс.

ұяшыққа арқылы ағымдағы электрохимиялық реакциялардың онда ағып ғана жағдайда болуы мүмкін. ұяшықта экзотермиялық реакция болса, Пельтье жылу ұяшықта шығады, сондай-ақ көп, ол ешқайда баруға бар. ұяшықта реакция болса - эндотермиялық, Пельтье жылу эндотермиялық әсері, яғни орнын толтыру үшін толық немесе ішінара болып табылады, реакция өнім қалыптастыру. Бұл мысалда, жалпы ұялы реакция: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - эндотермиялық, сондықтан Пельтье жылуы (энергиясы) молекулаларды және H2 O2 жасау болып табылады, электродтарда қалыптасады. Осылайша, біз дұрыс N-байланыс жартылай өткізгішті / металл ортада таңдалған Пельтье жылуы кері қоршаған ортаға шығарды емес, және сутегі және оттегі молекулаларының химиялық энергия түрінде сақталады деп алуға. Әлбетте, сыртқы кернеу көзінің операция су электролизі жұмсалады, бұл жағдайда Пельтье әсері жоқ туындауына әкеп соғатын, бірдей электродтар жағдайда аз болады ..

Пельтье ағымдағы оған арқылы өтетін кезде қарамастан электродтар қасиеттерін, электролиттік ұяшық өзі жылу сіңіру немесе жасай аласыз. Квазимемлекеттік статикалық шарттары, Гиббс жасушаларының әлеуетті өзгеруі [4, б. 60]:

T Δ - Δ G = Δ H S, мұндағы

Δ H - ұяшық энтальпия өзгеруі;

T - термодинамикалық температура;

Δ S - ұяшық энтропия өзгеруі;

Q = - T Δ S - Пельтье ұяшық жылу.

284.5 (кДж / моль) [8, б - Т энтальпия ΔHpr = жылы = 298 (K), өзгерту кезінде сутегі-оттегі электрохимиялық ұяшық үшін. 120], Гиббс өзгерту әлеуетін [4. а. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (кДж / моль), онда

Z - молекуласының бір электрондардың саны;

F - Фарадей тұрақтысы;

E - ЭМӨ жасуша.

сондықтан

Q даңғылы = - T Δ S даңғылы = Δ G т.б. - Δ H т.б. = - 237,3 + 47,2 = 284.5 (кДж / моль)> 0,

яғни оның бойымыздағы жетілдіру, оның төмендеуі кезінде сутегі-оттегі электрохимиялық ұяшық, Пельтье ортада жылу генераторларын. Біздің мысалда жағдайда су, содан кейін кері процесс, электролиз, Пельтье жылу Q Mod = - Q даңғылы = - электролит 47,3 (кДж / моль) қоршаған ортаға сіңеді болады.

оң N-байланыс жартылай өткізгішті / металл қоршаған ортаға алынған Пельтье жылу - P белгілейік. жылу P> 0 ұяшықта тұра, бірақ, өйткені керек жасуша эндотермиялық реакция (Δ H> 0) су ыдырау, Пельтье жылу P реакция жылу әсері үшін өтеуге табылады:

Δ G обр = (Δ H обр - N) + Q Mod                                                                        (1)

Mod Q бері, тек электролит құрамына байланысты Ол инертті электродтармен электролиттік ұяшық тән болып табылады, және N ғана электродты материалдарды тәуелді.

Теңдеу (1) Пельтье P және Пельтье жылуы Mod Q қыздыру көрсеткендей, пайдалы жұмыс өндірісі болып табылады. яғни орташадан тартып алып Пельтье жылу Электролиз үшін қажетті сыртқы қуат көзінің құнын төмендетеді. жылу орта, пайдалы жұмыс өндіру үшін энергия көзі болып табылады диффузия тән, сондай-ақ көптеген электрохимиялық ұяшықтар үшін жағдайды, мұндай элементтердің мысалдар р, 3 [көрсетілген. 248 - 249].

Әдебиеттер тізімі

1. Герасимов Я. Физикалық химия I. курсы. Оқулық: жоғары оқу орындарының үшін. V 2 Т. T.II. - 2-ші Ed .. - М: Химия, Мәскеу, 1973 - 624 б..
2. Dashevskiy 3. М. Пельтье эффектісі. // Дене энциклопедия. 5 м. Т. III. Magneto - Пойнтинга теоремасы. / Ch. Ed. А. М. Прохоров. Ed. санау. Д.М. Алексеев, А. Михайлович, AM Бонч-Бруевич, А. Borovik-Романов және т.б. - М:. Ұлы орыс энциклопедиясы, 1992 - 672 б.. - ISBN 5-85270-019-3 (3 м.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Краснов К.С. Физикалық химия. 2 кітаптарда. Vol. Зат 1. құрылымы. Термодинамика: Оқу. жоғары мектептер үшін; К.С. Краснов, Н. К. Воробьев, И. соавт Godnev -. 3 бұйымдары .. - М: Жоғары.. WK, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Краснов К.С. Физикалық химия. 2 кітаптарда. Vol. 2. электрохимия. Химиялық кинетика және катализ: Оқу. жоғары мектептер үшін; К.С. Краснов, Н.К. Воробьев I. Н. Godnev соавт. -3 ред., Аян - М: Жоғары.. WK, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. физика Sivukhin DV жалпы курсы. Оқулық: жоғары оқу орындарының үшін. 5 м. T.III жылы. Электр. - 4-ші Ed, стереотиптер .. - М: Физматлит;. 656 P -, 2004 жылы МФТИ Баспа. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 м.); 5-89155-086-5.
6. полимерлер Tager А. А. Физикалық химия. - М: Химия, Мәскеу, 1968 - 536 б..
7. Corr өңдеп Орыс басылымының авторлық түзетулерімен неміс тілінен аударылған Феттер Қ электрохимиялық кинетика,. Ғылым проф КСРО академиясы. Kolotyrkin Ю.М. - М: Химия, Мәскеу, 1967 - 856 б..
8. P. Atkins Физикалық химия. химия ғылымдары Бутин КП докторы ағылшын тілінен аударылған 2 V жылы. T.I., - М: Мир, Мәскеу, 1980 - 580 б..