Χρήσιμες εργασίας από τη θερμότητα του περιβάλλοντος

Μέρος 1. Μερικοί όροι και ορισμοί.

Η ηλεκτρεγερτική δύναμη (emf) είναι αναπόσπαστο τμήμα του εξωτερικού πεδίου ισχύος που περιλαμβάνει μια πηγή ρεύματος ... εξωτερική δύναμη που ενεργεί στην ηλεκτρολυτική κύτταρα στα όρια μεταξύ του ηλεκτρολύτη και τα ηλεκτρόδια. Μπορούν επίσης να λειτουργεί στο όριο μεταξύ δύο ανόμοιων μετάλλων και τον προσδιορισμό της διαφοράς δυναμικού επαφής μεταξύ αυτών [5, σελ. 193, 191]. Ποσό άλματα δυναμικά σε όλες τις επιφάνειες του τμήματος κυκλώματος είναι ίση με τη διαφορά δυναμικού μεταξύ των αγωγών, που βρίσκονται στα άκρα της αλυσίδας, και ονομάζεται ηλεκτρεγερτική κύκλωμα αγωγός ισχύος emf ... αλυσίδα αποτελούμενη μόνο από τους αγωγούς του πρώτου είδους είναι ίσο με το δυναμικό άλμα μεταξύ του πρώτου και του τελευταίου αγωγού σε άμεση επαφή τους (Volta νόμος) ... Αν το κύκλωμα είναι σωστά ανοικτό, το EMF Αυτό το κύκλωμα είναι μηδέν. Για να διορθωθεί τον αγωγό ανοικτού κυκλώματος, η οποία περιλαμβάνει τουλάχιστον ένα ηλεκτρολύτη, εφαρμοστέο volts δίκαιο ... Προφανώς, μόνο κύκλωμα αγωγός περιλαμβάνει τουλάχιστον ένα αγωγό του δεύτερου είδους είναι ηλεκτροχημικές κύτταρα (ή οι αλυσίδες ηλεκτροχημικών στοιχείων) [1, σ. 490 - 491].

Πολυηλεκτρολύτες είναι πολυμερή ικανές διαχωρισμού σε ιόντα στο διάλυμα, έτσι στην ίδια μακρομόριο, ένας μεγάλος αριθμός των επαναλαμβανόμενων επιβαρύνσεων ... σταυροειδείς δεσμούς πολυηλεκτρολύτες (εναλλάκτες ιόντων, ρητίνη ανταλλαγής ιόντων) δεν διαλύεται, μόνο διογκώνονται, ενώ διατηρεί την ικανότητα να διαχωρίζει [6, σελ. 320 - 321]. Πολυηλεκτρολύτες διίσταται σε αρνητικά φορτισμένα μακρό ιόν και τα ιόντα Η + που ονομάζεται πολυοξέα και διίσταται σε θετικά φορτισμένα ιόντα και ΟΗ- μακρό ιόν ονομάζεται poliosnovaniyami.

Donnan ισορροπία δυναμικό είναι η διαφορά δυναμικού που λαμβάνει χώρα στο όριο φάσης μεταξύ των δύο ηλεκτρολυτών αν το όριο αυτό δεν είναι διαπερατό σε όλα τα ιόντα. μπορεί να προκληθεί όρια αδιαπερατότητα για μερικά ιόντα, για παράδειγμα, η παρουσία των μεμβρανών με πολύ στενούς πόρους που είναι αδιάβατοι για σωματίδια πάνω από ένα ορισμένο μέγεθος. Επιλεκτική διαπερατότητα της διεπαφής συμβαίνει και αν υπάρχουν ιόντα τόσο έντονα συνδεδεμένη με μία από τις φάσεις που αφήνουν γενικά δεν μπορεί. Ακριβώς συμπεριφέρονται ιονικές ρητίνες ανταλλαγής ιόντων, ή ομάδα ανταλλαγής ιόντων καθορίζεται ομοπολικές δεσμό στην μοριακή πλέγμα ή μήτρα. Το διάλυμα, όντας εντός των εν λόγω μήτρες σχηματίζει μαζί με αυτήν ένα μονοφασικό? διάλυμα, που βρίσκεται έξω, - η δεύτερη [7. 77].

Το ηλεκτρικό διπλό στρώμα (EDL) λαμβάνει χώρα στη διαχωριστική επιφάνεια των δύο φάσεων που από αντίθετα φορτισμένα στρώματα τοποθετημένα σε ορισμένη απόσταση το ένα από το άλλο [7. 96].

Peltier πραγματοποιηθεί αυτή η απομόνωση ή η απορρόφηση της θερμότητας κατά την επαφή των δύο διαφορετικών αγωγών ανάλογα με την κατεύθυνση του ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει διαμέσου της επαφής [2, σελ. 552].

Μέρος 2: Χρησιμοποιώντας τη μέση θερμότητα στην ηλεκτρόλυση του νερού.

Εξετάστε το μηχανισμό της εμφάνισης του κυκλώματος του ηλεκτροχημικού κυττάρου (στοιχείου στο εξής), που φαίνεται σχηματικά στο Σχ. 1, περισσότερο emf λόγω της διαφοράς δυναμικού εσωτερικής επαφής (ΡΚΚ) και την επίδραση των Donnan (σύντομη περιγραφή της ουσίας της επίδρασης Donnan, εσωτερική ΡΚΚ και συνδέονται Peltier θερμότητα παρέχεται στο τρίτο μέρος του άρθρου).

Το Σχ. 1. Σχηματική αναπαράσταση ενός ηλεκτροχημικού κυττάρου: 1 - η κάθοδος φέρεται σε επαφή με ένα διάλυμα 3, η ηλεκτροχημική αντίδραση αναγωγής των κατιόντων ηλεκτρολύτη συμβεί στην επιφάνειά του, που κατασκευάζονται από ένα χημικώς αδρανές μεγάλο ενισχυμένα n-ημιαγωγού. Μέρος της καθόδου συνδέσετε σε μια εξωτερική πηγή τάσης, επιμεταλλωμένα? 2 - η άνοδος φέρεται σε επαφή με ένα διάλυμα 4, επί της επιφανείας αυτού να συμβεί ηλεκτροχημική αντίδραση οξείδωσης των ανιόντων ηλεκτρολύτη, που κατασκευάζονται από χημικώς αδρανές μεγάλο ενισχυμένα ρ-ημιαγωγού. Μέρος της ανόδου συνδέσετε σε μια εξωτερική πηγή τάσης, επιμεταλλωμένα? 3 - διάστημα καθόδου, διάλυμα πολυηλεκτρολύτη, διάσταση σε νερό σε μακρό ιόν R- αρνητικά φορτισμένα και θετικώς φορτισμένα αντίθετα ιόντα μικρό Κ + (στο παρόν παράδειγμα είναι το ιόν υδρογόνου Η +)? 4 - ανόδου διάλυμα διαμερίσματος πολυηλεκτρολύτη σε νερό αποσύνδεση σε θετικά φορτισμένα μακρό ιόν R + και αρνητικά φορτισμένα αντισταθμιστικά ιόντα μικρές Α- (σε αυτό το παράδειγμα υδροξείδιο ιόντα ΟΗ-)? 5 - η μεμβράνη (διάφραγμα), είναι αδιαπέραστο από τα μακρομόρια (μακρό ιόν) πολυηλεκτρολύτες, αλλά εντελώς διαπερατή σε μικρά αντίθετα ιόντα Κ +, Α- και τα μόρια του νερού κοινόχρηστο χώρο 3 και 4? Evnesh - μια εξωτερική πηγή τάσης.

EMF από Donnan αποτέλεσμα

Για λόγους σαφήνειας, ο ηλεκτρολύτης του χώρου καθόδου (. 3, Σχήμα 1) επιλέγεται υδατικό διάλυμα πολυοξύ (R-Η +), τον ηλεκτρολύτη και το διαμέρισμα της ανόδου (4, Σχήμα 1.) - υδατικό poliosnovaniya (R + ΟΗ-). Ως αποτέλεσμα των πολυοξέων διαστάσεως στο διαμέρισμα καθόδου, κοντά στην επιφάνεια της καθόδου (1, Σχ. 1), υπάρχει μία αυξημένη συγκέντρωση των ιόντων Η +. Θετικό φορτίο που εμφανίζεται στην περιοχή της επιφάνειας της καθόδου δεν αντισταθμίζεται αρνητικά φορτισμένο macroions R-, δεδομένου ότι δεν μπορεί να έρθει κοντά στην επιφάνεια της καθόδου, λόγω του μεγέθους της και την παρουσία ενός θετικά φορτισμένου ιοντική ατμόσφαιρα (για λεπτομέρειες βλ. Περιγραφή Donnan επίδραση στο παράρτημα №1 του τρίτου μέρος του άρθρου). Έτσι, το οριακό στρώμα ενός διαλύματος απευθείας σε επαφή με την επιφάνεια της καθόδου έχει θετικό φορτίο. Ως αποτέλεσμα, ένα ηλεκτροστατικό επαγωγή πάνω στην επιφάνεια της καθόδου, η οποία συνορεύει με το διάλυμα, υπάρχει ένα αρνητικό φορτίο των ηλεκτρονίων αγωγιμότητας. δηλαδή στη διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ της επιφάνειας καθόδου και διάλυμα DES παρουσιάζεται. Πεδίο της DES ωθεί τα ηλεκτρόνια από την κάθοδο - στο διάλυμα.

Ομοίως, επί της ανόδου (2, Εικ. 1), το οριακό στρώμα του διαλύματος στο διαμέρισμα ανόδου (4, Εικ. 1) απ 'ευθείας σε επαφή με την επιφάνεια ανόδου έχει ένα αρνητικό φορτίο, και από την επιφάνεια της ανόδου, η οποία συνορεύει με το διάλυμα, υπάρχει ένα θετικό φορτίο. δηλαδή στη διαχωριστική επιφάνεια μεταξύ της επιφάνειας της ανόδου και το διάλυμα εμφανίζεται επίσης DES. Πεδίο της DES ωθεί ηλεκτρόνια από το διάλυμα - ένα ανόδου.

Έτσι, το πεδίο των DES στις διεπαφές της καθόδου και της ανόδου με το διάλυμα, υποστηριζόμενη λύση διάχυσης θερμική ιόντων, είναι δύο εσωτερική πηγή EMF, που δρουν από κοινού με μια εξωτερική πηγή, δηλ, πιέζοντας τα αρνητικά φορτία στο κύκλωμα αριστερόστροφα.

πολυοξέα διάστασης poliosnovaniya και επίσης προκαλεί θερμική διάχυση διαμέσου της μεμβράνης (5, Σχήμα 1) Η + ιόντων από το καθοδικό χώρο -. στην άνοδο, και τα ιόντα ΟΗ- από το διαμέρισμα ανόδου - καθόδου ενός. Μακρό ιόν R + και R- πολυηλεκτρολύτες δεν μπορεί να κινηθεί μέσω της μεμβράνης, έτσι ώστε το από το διάστημα καθόδου υπάρχει περίσσεια αρνητικό φορτίο, και από το χώρο ανοδικό - μια περίσσεια θετικού φορτίου, δηλαδή, υπάρχει και μια άλλη DPP λόγω της επίδρασης Donnan. Έτσι, η μεμβράνη εμφανίζεται επίσης στο εσωτερικό του EMF, που ενεργούν σε συνεννόηση με μια εξωτερική πηγή διάχυσης θερμότητας και διατήρησε το διάλυμα ιόντων.

Στο παράδειγμά μας, η τάση στα άκρα της μεμβράνης μπορεί να φθάσει 0.83 volts, όπως αυτό αντιστοιχεί σε μια αλλαγή στο δυναμικό της προτύπου ηλεκτροδίου υδρογόνου από - 0,83 έως 0 volts κατά τη μετάβαση από το αλκαλικό μέσο στο διαμέρισμα ανόδου το διαμέρισμα καθόδου όξινο περιβάλλον. Για λεπτομέρειες, βλ. Στο παράρτημα №1 του τρίτου τμήματος του αντικειμένου.

EMF PKK από το εσωτερικό

Η EMF Στοιχείο Εμφανίζεται, συμπεριλαμβανομένης της ανόδου επαφή ημιαγωγών και καθόδου για μεταλλικά μέρη τους που χρησιμεύει για τη σύνδεση της εξωτερικής πηγής τάσης. Αυτό EMF λόγω εσωτερικών ΡΚΚ. Εσωτερική ΑΝ δεν δημιουργεί, σε αντίθεση με το εξωτερικό πεδίο στο χώρο που περιβάλλει τους αγωγούς επαφής, δηλαδή Δεν επηρεάζει την κίνηση των φορτισμένων σωματιδίων έξω από τους αγωγούς. Κατασκευές n-ημιαγωγού / μετάλλου / ρ-ημιαγωγού είναι επαρκώς γνωστή και χρησιμοποιείται, για παράδειγμα, μία θερμοηλεκτρική δομοστοιχείο Peltier. Το μέγεθος της EMF μια τέτοια δομή σε θερμοκρασία δωματίου μπορεί να φθάσει τιμές της τάξεως των 0,4 - 0,6 Volt [5, σελ. 459? 2, σελ. 552]. Τα πεδία στις επαφές που κατευθύνεται κατά τέτοιο τρόπο ώστε να προωθήσει τα ηλεκτρόνια αριστερόστροφα στο βρόχο, δηλ ενεργούν σε συνεννόηση με την εξωτερική πηγή. Τα ηλεκτρόνια να αυξήσουν το επίπεδο της ενέργειας του μέσου απορροφώντας την θερμότητα του Peltier.

Εσωτερική IF που προκύπτουν λόγω της διάχυσης των ηλεκτρονίων στις περιοχές επαφής των ηλεκτροδίων και το διάλυμα, αντίθετα, ωθεί ηλεκτρόνια κατά τη διεύθυνση των δεικτών του ρολογιού στο βρόχο. δηλαδή η κίνηση των ηλεκτρονίων στο στοιχείο αριστερά σε αυτές τις επαφές θα πρέπει να διατεθούν Peltier θερμότητας. αλλά επειδή η μεταφορά ηλεκτρονίων από την κάθοδο μέσα στο διάλυμα και του διαλύματος στην άνοδο συνοδεύεται απαραίτητα από μία ενδόθερμη αντίδραση παράγει υδρογόνο και οξυγόνο, η θερμότητα του Peltier δεν απελευθερώνεται εντός του μέσου, και είναι να μειωθεί η ενδόθερμη επίδραση, δηλ σαν «συντηρημένη» στην ενθαλπία σχηματισμού υδρογόνου και οξυγόνου. Για λεπτομέρειες, βλ. Στο παράρτημα №2 το τρίτο μέρος του άρθρου.

φορείς (ηλεκτρόνια και ιόντα) κινούνται σε κύκλωμα Στοιχείο δεν κλειστές διαδρομές, δεν υπάρχει χρέωση στο στοιχείο δεν κινείται σε ένα κλειστό κύκλωμα. Κάθε ανόδου ηλεκτρόνιο που λαμβάνεται από το διάλυμα (κατά τη διάρκεια της οξείδωσης των ιόντων ΟΗ- σε μόρια οξυγόνου), και πέρασε μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος στην κάθοδο, εξαχνώνεται μαζί με μόρια υδρογόνου (κατά τη διαδικασία της ανάκτησης των ιόντων Η +). Ομοίως ιόντα ΟΗ- και Η + δεν κινούνται σε ένα κλειστό κύκλωμα, αλλά μόνο προς το αντίστοιχο ηλεκτρόδιο, και στη συνέχεια εξατμίζονται υπό μορφή μοριακού υδρογόνου και οξυγόνου. δηλαδή και τα ιόντα και τα ηλεκτρόνια καθένα κινείται στο περιβάλλον του στην επιταχυνόμενη τομέα της DES, και το τέλος της διαδρομής, όταν φτάσουν στην επιφάνεια του ηλεκτροδίου συνδυάζονται στο μόριο, μετατρέποντας το σύνολο της αποθηκευμένης ενέργειας - την ενέργεια ενός χημικού δεσμού, και έξω από το βρόχο!

Όλες οι εσωτερικές πηγές των ηλεκτρομαγνητικών πεδίων Στοιχείο, να μειώσει το κόστος εξωτερική πηγή για την ηλεκτρόλυση του νερού. Έτσι, η θερμότητα του περιβάλλοντος στοιχείων απορρόφησης κατά τη λειτουργία της να διατηρεί διάχυση του DES, είναι να μειωθεί το κόστος της εξωτερικής πηγής, δηλαδή, Αυξάνει την αποτελεσματικότητα της ηλεκτρόλυσης.

Η ηλεκτρόλυση του νερού χωρίς οποιαδήποτε εξωτερική πηγή.

Κατά την επανεξέταση οι διαδικασίες που συμβαίνουν στο στοιχείο που φαίνεται στο Σχ. 1, αποτελούν εξωτερικών παραμέτρων πηγή δεν λαμβάνονται υπόψη. Ας υποθέσουμε ότι η εσωτερική αντίσταση είναι ίση με RD και μία τάση 0. Αυτό Evnesh Τα ηλεκτρόδια Στοιχείο βραχυκυκλωμένο προς ένα παθητικό φορτίο (βλέπε Εικ. 5). Σε αυτή την περίπτωση, η κατεύθυνση και το μέγεθος των πεδίων DES που προκύπτουν στο περιβάλλον στα στοιχεία παραμένουν τα ίδια.

Το Σχ. 5. Αντί Evnesh (Εικ. 1) συμπεριλαμβανομένου του παθητικού φορτίο RL.

Προσδιορίστε τις προϋποθέσεις της αυθόρμητης ροής ρεύματος σε αυτό το στοιχείο. Αλλάζοντας το δυναμικό Gibbs, σύμφωνα με τον τύπο (1) του Παραρτήματος №1 του τρίτου τμήματος του αντικειμένου:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + Q mod

Αν Ρ> Δ Η + Q mod mod = 284,5 - 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / μόριο)

η ARR Δ G <0 και αυθόρμητη διαδικασία είναι δυνατή.

Θα εξετάσουμε περαιτέρω ότι η αντίδραση στοιχεία γενιά υδρογόνου λαμβάνει χώρα σε ένα όξινο μέσο (δυναμικό του ηλεκτροδίου από 0 Volt), και το οξυγόνο σε ένα (δυναμικό ηλεκτροδίου του 0,4 βολτ) αλκαλικό. Τέτοια δυναμικά ηλεκτρόδιο παρέχει μια μεμβράνη (5, Εικ. 5), η τάση στην οποία αυτό θα πρέπει να είναι 0,83 βολτ. δηλαδή η ενέργεια που απαιτείται για το σχηματισμό υδρογόνου και οξυγόνου μειώνεται κατά 0,83 (eV / μόριο). Στη συνέχεια, η κατάσταση για τη δυνατότητα της αυτόματης διαδικασίας θα:

P> 1,23 - 0,83 = 0,4 (eV / μόριο) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Βρίσκουμε ότι η ενέργεια φραγμού των μορίων υδρογόνου και οξυγόνου που μπορούν να αποφευχθούν και χωρίς τη χρήση μιας εξωτερικής πηγής τάσης. δηλαδή ακόμη και σε η = 0.4 (eV / μόριο), δηλ όταν το εσωτερικό ηλεκτρόδιο HPDC 0,4 βολτ, στοιχείο θα είναι σε μια κατάσταση δυναμικής ισορροπίας, και οποιαδήποτε (ακόμη και μικρά) λόγω μεταβολής των όρων ισορροπίας θα προκαλέσει το ρεύμα στο κύκλωμα.

Ένα άλλο εμπόδιο για τις αντιδράσεις στα ηλεκτρόδια είναι η ενέργεια ενεργοποίησης, αλλά αποβάλλεται από την επίδραση της σήραγγας, που προκύπτουν λόγω του μικρού μεγέθους του διακένου μεταξύ των ηλεκτροδίων και το διάλυμα [7, σελ. 147-149].

Έτσι, επί τη βάσει των εκτιμήσεων ενέργειας, καταλήγουμε στο συμπέρασμα ότι αυθόρμητη ρεύμα στο στοιχείο που φαίνεται στο Σχ. 5, είναι δυνατόν. Αλλά τι φυσικούς λόγους μπορεί να προκαλέσει αυτό το ρεύμα; Οι λόγοι αυτοί αναφέρονται παρακάτω:

1. Η πιθανότητα της μετάβασης των ηλεκτρονίων από την κάθοδο μέσα στο διάλυμα υψηλότερη από την πιθανότητα της μετάβασης από την άνοδο μέσα στο διάλυμα, δεδομένου ότι n-ημιαγωγού καθόδου έχει πολλά ελεύθερων ηλεκτρονίων με ένα υψηλό επίπεδο ενέργειας, και την άνοδο ρ-ημιαγωγών - μόνο «τρύπες», και αυτά τα «τρύπες» βρίσκονται σε επίπεδο ενέργειας κάτω από τα ηλεκτρόνια καθόδου?

2. Η μεμβράνη υποστηρίζεται στο διάστημα καθόδου ενός όξινου περιβάλλοντος, και στην άνοδο - αλκαλικό. Στην περίπτωση των αδρανών ηλεκτροδίων, αυτό οδηγεί στο γεγονός ότι ένας δυνητικός ηλεκτρόδιο καθόδου καθίσταται μεγαλύτερη από την άνοδο. Κατά συνέπεια, τα ηλεκτρόνια πρέπει να κινηθεί μέσω ενός εξωτερικού κυκλώματος από την άνοδο στην κάθοδο?

3. Η επιφανειακό φορτίο των διαλυμάτων πολυηλεκτρολύτη που προκύπτουν λόγω της επίδρασης Donnan, δημιουργεί στο πεδίο ηλεκτροδίου / διαλύματος, έτσι ώστε το πεδίο στην κάθοδο προωθεί απόδοση ηλεκτρονίων από την κάθοδο μέσα στο διάλυμα, και το πεδίο στην άνοδο - είσοδο ηλεκτρονίων στην άνοδο από το διάλυμα?

4. ισορροπία εμπρός και όπισθεν αντιδράσεις στα ηλεκτρόδια (ρεύματα ανταλλαγή) ωθείται προς Η + ιόντα άμεση αντιδράσεις αναγωγής στην κάθοδο και την οξείδωση των ιόντων ΟΗ- στην άνοδο, εφόσον συνοδεύονται από σχηματισμό αερίου (Η2 και Ο2) ικανό ευκόλως να αφήνεται ζώνης αντιδράσεως (Αρχή του Le Chatelier).

Πειράματα.

Για την ποσοτική αξιολόγηση της τάσης στα άκρα του φορτίου από το φαινόμενο Donnan, ένα πείραμα διεξήχθη στο οποίο το στοιχείο καθόδου αποτελούνταν του ενεργού άνθρακα με το εξωτερικό ηλεκτρόδιο γραφίτη και μία άνοδο - ένα μίγμα ενεργού άνθρακα και ανιόντων ρητίνη ΑΒ-17-8 με το εξωτερικό ηλεκτρόδιο γραφίτη. Ηλεκτρολύτης - Οι υδατικό διάλυμα ΝαΟΗ, άνοδος και κάθοδος χώρους που διαχωρίζονται από ένα συνθετικό πίλημα. Στις ανοικτές εξωτερικά ηλεκτρόδια αυτού του στοιχείου είχε μια τάση περίπου 50 mV. Όταν συνδέεται σε ένα στοιχείο του εξωτερικού φορτίου 10 ohm σταθερό ρεύμα περίπου 500 μΑ. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος αυξάνεται από 20 έως 30 0C τάσης στο εξωτερικό ηλεκτρόδιο αυξήθηκε σε 54 mV. Η αύξηση της τάσης σε θερμοκρασία περιβάλλοντος επιβεβαιώνει ότι η πηγή της emf είναι η διάχυση, δηλ θερμική κίνηση των σωματιδίων.

Για την ποσοτική αξιολόγηση της τάσης στα άκρα του φορτίου από την εσωτερική πείραμα HPDC μετάλλου / ημιαγωγού διεξήχθη στην οποία το κύτταρο κάθοδος αποτελείται από συνθετικά σκόνη γραφίτη με το εξωτερικό ηλεκτρόδιο γραφίτη και μία άνοδο - μια σκόνη καρβιδίου του βορίου (B4C, ρ-ημιαγωγού) με το εξωτερικό ηλεκτρόδιο γραφίτη. Ηλεκτρολύτης - Οι υδατικό διάλυμα ΝαΟΗ, άνοδος και κάθοδος χώρους που διαχωρίζονται από ένα συνθετικό πίλημα. Στις ανοικτές εξωτερικά ηλεκτρόδια της τάσης στοιχείου ήταν περίπου 150 mV. Κατά τη σύνδεση του εξωτερικού φορτίου στην τάση στοιχείου 50 kOhm μειώθηκε σε 35 mV., Μια τέτοια ισχυρή πτώση τάσης λόγω της χαμηλής εγγενούς καρβίδιο του βορίου και, ως εκ τούτου, μια υψηλή εσωτερική στοιχείο αντίστασης. τάσης Διερεύνηση έναντι της θερμοκρασίας για ένα στοιχείο της τέτοια δομή δεν πραγματοποιείται. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι, για ένα ημιαγωγών, ανάλογα με τη χημική του σύνθεση, βαθμός ντόπινγκ και άλλων ιδιοτήτων, η μεταβολή της θερμοκρασίας με διαφορετικούς τρόπους μπορούν να επηρεάσουν το επίπεδο του Fermi. δηλαδή επίδραση θερμοκρασίας επί emf Στοιχείο (αύξηση ή μείωση), σε αυτή την περίπτωση εξαρτάται από τα υλικά που χρησιμοποιούνται, έτσι αυτό δεν είναι ενδεικτικό πείραμα.

Στο σημείο αυτό συνεχίστηκε άλλο πείραμα στο οποίο κύτταρο κάθοδος είναι κατασκευασμένη από ένα μείγμα σκόνης ενεργού άνθρακα και KU-2-8 με το εξωτερικό ηλεκτρόδιο ανοξείδωτου χάλυβα και την άνοδο από ένα μείγμα ενεργοποιημένης σκόνης άνθρακα και ρητίνης ανιόντος ΑΒ-17-8 προς το εξωτερικό ηλεκτρόδιο από από ανοξείδωτο χάλυβα. Ηλεκτρολύτης - υδατικό διάλυμα NaCl, οι χώροι ανόδου και καθόδου διαχωρίζονται από ένα συνθετικό αισθητές. Εξωτερικές ηλεκτρόδια αυτού του στοιχείου με τον Οκτώβριο του 2011 είναι σε θέση να βραχυκυκλώσει το παθητικό αμπερόμετρο. Ρεύμα το οποίο δείχνει ένα αμπερόμετρο, περίπου μία ημέρα μετά την στροφή, μειώθηκε κατά 1 mA - μέχρι 100 mka (η οποία είναι προφανώς οφείλεται στην πόλωση των ηλεκτροδίων), και από τότε περισσότερο από ένα χρόνο δεν αλλάζει.

Σε πρακτικά πειράματα που περιγράφονται παραπάνω σε σχέση με τα υλικά αδυναμία πρόσβασης λαμβανόμενα αποτελέσματα πιο αποτελεσματική σημαντικά χαμηλότερη από θεωρητικά δυνατό. Επιπλέον, πρέπει να γνωρίζουν ότι μέρος της συνολικής εσωτερικής EMF Στοιχείο πάντα καταναλώνεται για τη διατήρηση της αντίδρασης ηλεκτρόδιο (η παραγωγή υδρογόνου και οξυγόνου) και δεν μπορεί να μετρηθεί στο εξωτερικό κύκλωμα.

Συμπέρασμα.

Συνοψίζοντας, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι η φύση μας επιτρέπει να μετατρέψει τη θερμική ενέργεια σε χρήσιμη ενέργεια ή εργασία, ενώ χρησιμοποιώντας ως περιβάλλον «θερμάστρα» και όχι με «ψυγείο». Έτσι Donnan αποτέλεσμα και εσωτερική IF μετατρέπονται θερμική ενέργεια των φορτισμένων σωματιδίων στον τομέα της ενέργειας ηλεκτρικό DEL ως ενδόθερμη θερμότητα της αντίδρασης μετατρέπεται σε χημική ενέργεια.

Θεωρείται στοιχείο επαφής καταναλώνει θερμότητα από το μέσο και το νερό, και διαθέτει ηλεκτρική ενέργεια, το υδρογόνο και το οξυγόνο! Επιπλέον, η διαδικασία της κατανάλωσης ενέργειας και η χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου, και το νερό επιστρέφει πίσω στον μέτρια φωτιά!

Μέρος 3 του παραρτήματος.

Αυτό το μέρος συζητείται περαιτέρω Donnan αποτέλεσμα ισορροπίας, στη διασταύρωση του εσωτερικού HPDC μετάλλου / ημιαγωγού και Peltier θερμότητα σε οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις και δυναμικά ηλεκτροδίου στο στοιχείο.

Donnan δυναμικό (Παράρτημα №1)

Ας εξετάσουμε το μηχανισμό της εμφάνισης των Donnan δυνατότητες για πολυηλεκτρολύτη. Μετά από αντισταθμιστικά ιόντα διάστασης πολυηλεκτρολύτη αρχίσει μικρά της, με διάχυση, αφήνοντας τον όγκο που καταλαμβάνει το μακρομόριο. Κατευθυντικό διάχυση αντίθετων ιόντων των μικρών μακρομορίων όγκου πολυηλεκτρολύτη στον διαλύτη οφείλεται στην αυξημένη συγκέντρωση στον κύριο όγκο του μακρομορίου σε σύγκριση με το υπόλοιπο του διαλύματος. Περαιτέρω, εάν, για παράδειγμα, μικρά αντίθετα ιόντα είναι αρνητικώς φορτισμένα, αυτό έχει ως αποτέλεσμα το ότι το εσωτερικό τμήμα του μακρομορίου είναι θετικά φορτισμένα, και το διάλυμα είναι άμεσα παρακείμενη προς τον όγκο του μακρομορίου - αρνητική. δηλαδή γύρω από ένα θετικά φορτισμένο όγκο μακρό ιόν, υπάρχει ένα είδος «ατμόσφαιρας ιόντων» των μικρών αντίθετων ιόντων - αρνητικά φορτισμένα. Τερματισμός ανάπτυξη ιονικό φορτίο ατμόσφαιρα συμβαίνει όταν η ηλεκτροστατικό πεδίο μεταξύ της ατμόσφαιρας μακρό ιόν όγκο ιόντων και τα υπόλοιπα η θερμική διάχυση των μικρών αντίθετων ιόντων. Η προκύπτουσα ισορροπία διαφορά δυναμικού μεταξύ της ατμόσφαιρας και των ιοντικών macroions είναι Donnan δυναμικό. Donnan δυναμικό αναφέρεται επίσης ως δυναμικό μεμβράνης, επειδή Μια παρόμοια κατάσταση παρουσιάζεται σε μία ημιπερατή μεμβράνη, για παράδειγμα, όταν χωρίζει το διάλυμα ηλεκτρολύτη το οποίο έχει ιόντα των δύο ειδών - ικανό και μη ικανά να διαπερνούν του καθαρού διαλύτη.

Donnan δυναμικό μπορεί να θεωρηθεί ως οριακή περίπτωση του δυναμικού διάχυσης, όταν η κινητικότητα ενός από τα ιόντα (σε αυτήν την περίπτωση μακρό ιόν) είναι μηδέν. Στη συνέχεια, σύμφωνα με το [1, σ. 535], αναλαμβάνοντας την ευθύνη του μετρητή ίσο με ένα:

Ε δ = (RT / F) Ln ( α1 / α2), όπου

Ed - Donnan δυναμικό?

R - παγκόσμια σταθερά αερίων?

T - θερμοδυναμική θερμοκρασία?

F - σταθερά Faraday?

a1, a2 - αντι-δραστικότητας στις φάσεις επαφή.

Σε αυτό το μέλος, όπου η μεμβράνη διαχωρίζει διαλύματα poliosnovaniya (ρΗ = Lg α 1 = 14) και πολυοξέος (ρΗ = Lg α 2 = 0), Donnan δυναμικό κατά μήκος της μεμβράνης σε θερμοκρασία δωματίου (Τ = 300 0 K) θα ήταν:

Ε δ = (RT / F) (Lg α 1 - Lg α 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0,83 Volts

Donnan ενδεχόμενες αυξήσεις σε άμεση αναλογία με τη θερμοκρασία. Για διάχυση του Peltier θερμότητας ηλεκτροχημικό στοιχείο είναι η αποκλειστική πηγή για την παραγωγή χρήσιμων εργασιών, δεν αποτελεί έκπληξη το ότι οι εν λόγω στοιχεία emf αυξάνει με την αύξηση της θερμοκρασίας. Στο κελί διάχυσης για την παραγωγή έργου, Peltier θερμότητα λαμβάνεται πάντοτε από το περιβάλλον. Όταν το ρεύμα ρέει μέσω του EDL σχηματίζεται Donnan αποτελέσματος, κατά μία διεύθυνση που συμπίπτει με τη θετική κατεύθυνση του πεδίου της DES (δηλαδή, όταν το πεδίο της DES εκτελεί θετικό έργο), θερμότητα απορροφάται από το περιβάλλον για την παραγωγή του παρόντος εγγράφου.

Αλλά το στοιχείο διάχυσης είναι μια συνεχής και μονοκατευθυντική μεταβολή στη συγκέντρωση ιόντων, η οποία τελικά οδηγεί στην εξίσωση της συγκέντρωσης και τη διακοπή κατευθυνόμενη διάχυση, σε αντίθεση ισορροπίας Donnan, όπου, σε περίπτωση διαρροών ημιστατική συγκέντρωσης ιόντων ρεύματα, από τη στιγμή που έχει φθάσει μια ορισμένη τιμή, παραμένει αμετάβλητη .

Το Σχ. 2 δείχνει ένα διάγραμμα των δυναμικών οξειδοαναγωγής των αντιδράσεων των υδρογόνου και οξυγόνου κατά την αλλαγή την οξύτητα του διαλύματος. Το διάγραμμα δείχνει ότι το δυναμικό του ηλεκτροδίου της αντίδρασης σχηματισμού του οξυγόνου εν απουσία ιόντων ΟΗ- (1,23 volts σε ένα όξινο περιβάλλον) είναι διαφορετικό από το ίδιο δυναμικό σε υψηλή συγκέντρωση (0,4 volts σε ένα αλκαλικό μέσο) σε 0,83 volts. Παρομοίως, το δυναμικό του ηλεκτροδίου της αντίδρασης υδρογόνου σχηματισμού απουσία H + (-0,83 βολτ σε αλκαλικό μέσο) είναι διαφορετικό από το ίδιο δυναμικό σε υψηλή συγκέντρωση (0 V σε όξινο μέσο), επίσης σε 0,83 volts [4. 66-67]. δηλαδή προφανές ότι 0,83 βολτ απαιτείται προκειμένου να ληφθεί μια υψηλή συγκέντρωση του νερού στις αντίστοιχες ιόντα. Αυτό σημαίνει ότι 0,83 βολτ απαιτείται για μια μάζα ουδέτερο διαστάσεως των μορίων του νερού σε Η + και ιόντα ΟΗ-. Έτσι, εάν η μεμβράνη υποστηρίζεται στην Στοιχείο διάστημα καθόδου μας όξινο μέσο και σε ένα αλκαλικό ανοδικό, η τάση μπορεί να φτάσει DEL 0,83 βολτ, το οποίο είναι σε καλή συμφωνία με τους θεωρητικούς υπολογισμούς παρουσιάζονται νωρίτερα. Αυτή η τάση παρέχει ένα υψηλό χώρο αγωγιμότητα μεμβράνης DES δια διαστάσεως του νερού σε ιόντα εντός αυτού.

Το Σχ. 2. Διάγραμμα δυναμικά οξειδοαναγωγική αντίδραση

διάσπαση του νερού, και ιόντα Η + και ΟΗ- σε υδρογόνο και οξυγόνο.

ΑΝ και Peltier θερμότητας (Παράρτημα №2)

«Η αιτία του φαινομένου Peltier είναι ότι η μέση ενέργεια των φορέων φορτίου (για τα ηλεκτρόνια definiteness) που συμμετέχουν στην ηλεκτρική αγωγιμότητα σε διάφορες αγωγούς διαφορετικών ... Κατά τη μετάβαση από τον ένα αγωγό στον άλλο ηλεκτρονίων ή μεταδίδουν περίσσεια δίκτυο ηλεκτρικής ενέργειας ή να συμπληρώνει μια έλλειψη ενέργειας εις βάρος του (ανάλογα με την τρέχουσα κατεύθυνση).

Το Σχ. 3. Το φαινόμενο Peltier για την μεταλλική επαφή και ημιαγωγών n-: ԐF - επίπεδο Fermi? ԐC - ο πυθμένας της ζώνης αγωγιμότητας του ημιαγωγού? ԐV - σθένους μπάντα? Ι - θετική κατεύθυνση του ρεύματος? κύκλοι με βέλη δείχνεται σχηματικά ηλεκτρόνια.

Στην πρώτη περίπτωση, κοντά στην επαφή απελευθερώνεται, και το δεύτερο - το λεγόμενο απορροφάται .. Peltier θερμότητας. Για παράδειγμα, σχετικά με την ημιαγωγών επαφής - μετάλλου (Σχήμα 3) την ενέργεια των ηλεκτρονίων που περνούν από το n-τύπου ημιαγωγού σε μεταλλικά (αριστερά αφής) είναι σημαντικά υψηλότερη από την ενέργεια ԐF Fermi. Ως εκ τούτου, αυτοί παραβιάζουν την θερμική ισορροπία στο μέταλλο. Ισορροπία αποκαθίσταται ως αποτέλεσμα των συγκρούσεων, στις οποίες μετατράπηκαν σε θερμικά ηλεκτρόνια, δίνοντας υπερβολική ενέργεια κρυσταλλικό. πλέγμα. Το μέταλλο ημιαγωγού (δεξιά αφής) μπορούν να περάσουν μόνο τις πιο ενεργητικά ηλεκτρόνια, έτσι ώστε το αέριο ηλεκτρονίων στο μέταλλο ψύχεται. Σχετικά με την αποκατάσταση της κατανομής ισορροπίας της ταλάντωσης ενέργειας που καταναλώνεται πλέγματος «[2, σελ. 552].

Να έρθει σε επαφή η κατάσταση μετάλλου / ρ-ημιαγωγού είναι παρόμοια. επειδή τρύπες ημιαγωγών ρ-αγωγιμότητας παρέχουν σθένους μπάντα του που είναι κάτω από το επίπεδο Fermi, τότε η επαφή θα ψυχθεί, στο οποίο τα ηλεκτρόνια ρέουν από την ρ-ημιαγωγού με το μέταλλο. Peltier θερμότητα που απελευθερώνεται ή απορροφάται από την επαφή των δύο αγωγών, λόγω της παραγωγής των αρνητικών ή θετικών της εσωτερικής IF.

Περιλαμβάνεται στην αριστερή θέση επαφής (Εικ. 3), κατά την οποία η κατανομή Peltier θερμότητας, ένα ηλεκτρολυτικό κύτταρο, για παράδειγμα, υδατικό διάλυμα ΝαΟΗ (Σχήμα 4) και μετάλλου ημιαγωγού και κ-ας είναι χημικά αδρανές.

Το Σχ. 4. Η αριστερή επαφής n-ημιαγωγού και το μέταλλο είναι ανοικτό και τοποθετείται στο διάκενο του διαλύματος ηλεκτρολύτη. Οι ονομασίες είναι οι ίδιες όπως στο Σχ. 3.

Διότι, όταν ρεύμα ρέει «Ι», ο ημιαγωγός η-ηλεκτρονίων σε υψηλότερη ενέργεια φθάνουν διάλυμα από που προέρχονται από το διάλυμα στο μέταλλο, αυτή η περίσσεια ενέργεια (θερμότητα Peltier) πρέπει να σταθεί στο κύτταρο.

Το ρεύμα διαμέσου του κυττάρου μπορεί να είναι μόνο μια περίπτωση διαρροών εντός αυτού ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Εάν το εξώθερμη αντίδραση στο κύτταρο, η θερμότητα Peltier απελευθερώνεται στο κύτταρο, όπως περισσότερο έχει πουθενά να πάει. Εάν η αντίδραση στο κύτταρο - ενδοθερμική, η θερμότητα Peltier είναι εξ ολοκλήρου ή εν μέρει για να αντισταθμίσει την ενδοθερμική αποτελέσματος, δηλαδή, για να σχηματίσει ένα προϊόν αντίδρασης. Σε αυτό το παράδειγμα, η συνολική αντίδραση κύτταρο: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - ενδόθερμη, έτσι ώστε η θερμότητα (ενέργεια) του Peltier είναι να δημιουργήσει μόρια και Η2 Ο2, διαμορφώνονται επί των ηλεκτροδίων. Έτσι, παίρνουμε ότι η θερμότητα του Peltier επιλέχθηκαν σε μέσο στη δεξιά κ-επαφής ημιαγωγού / μέταλλο δεν απελευθερώνεται πίσω στο περιβάλλον, και αποθηκεύεται με τη μορφή της χημικής ενέργειας των μορίων υδρογόνου και οξυγόνου. Προφανώς, η λειτουργία της εξωτερικής πηγής τάσης καταναλώνεται για την ηλεκτρόλυση του νερού, σε αυτή την περίπτωση θα είναι μικρότερη από ό, τι στην περίπτωση πανομοιότυπων ηλεκτροδίων, προκαλώντας καμία εμφάνιση του αποτελέσματος Peltier ..

Ανεξάρτητα από τις ιδιότητες των ηλεκτροδίων, το ίδιο το ηλεκτρολυτικό στοιχείο μπορεί να απορροφήσει ή να παράγουν θερμότητα όταν διέρχεται από το τρέχον αυτήν Peltier. Τα οιονεί στατικές συνθήκες, η ενδεχόμενη αλλαγή των κυττάρων Gibbs [4, σελ. 60]:

Δ G = Δ H - Τ Δ S, όπου

Δ H - ενθαλπίας αλλαγή του κυττάρου?

T - θερμοδυναμική θερμοκρασία?

Δ S - μεταβολή της εντροπίας του κυττάρου?

Q = - T Δ S - θερμότητας του κυττάρου Peltier.

Για ένα κύτταρο ηλεκτροχημικής υδρογόνου-οξυγόνου σε Τ = 298 (Κ), την αλλαγή στην ενθαλπία ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, σ. 120], η μεταβολή του Gibbs δυναμικό [4. α. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), όπου

z - αριθμός ηλεκτρονίων ανά μόριο?

F - σταθερά Faraday?

E - EMF κυττάρων.

ως εκ τούτου

Λ Ε = - ave Τ Δ S = Δ G κ.λπ. - Δ H κ.λπ. = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

δηλαδή υδρογόνου-οξυγόνου ηλεκτροχημικό στοιχείο παράγει θερμότητα στο περιβάλλον Peltier, βελτιώνοντας παράλληλα εντροπία του και μειώνοντας της. Στη συνέχεια, κατά τη διαδικασία αντίστροφο, την ηλεκτρόλυση του νερού, η οποία είναι η περίπτωση στο παράδειγμα μας, Peltier θερμότητα Q mod = - Λ Ε = - 47.3 (kJ / mol) του ηλεκτρολύτη θα απορροφηθεί από το περιβάλλον.

Υποδηλώσει P - Peltier θερμότητα λαμβάνεται από το περιβάλλον προς τη σωστή Ν-επαφής ημιαγωγού / μετάλλου. Η θερμότητα P> 0 πρέπει να σταθεί στο κύτταρο, αλλά επειδή αποσύνθεση νερού στο κύτταρο ενδοθερμική αντίδραση (Δ H> 0), η Peltier θερμότητα Ρ είναι να αντισταθμίσει την θερμικό αποτέλεσμα της αντίδρασης:

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

Mod Q εξαρτάται μόνο από την σύνθεση του ηλεκτρολύτη, δεδομένου ότι Είναι ένα χαρακτηριστικό του ηλεκτρολυτικού κυττάρου με αδρανή ηλεκτρόδια, και το η είναι εξαρτάται μόνο από τα υλικά ηλεκτροδίων.

Η εξίσωση (1) δείχνει ότι η θερμότητα του Peltier Ρ και Peltier θερμότητα mod Q, είναι η παραγωγή χρήσιμων εργασιών. δηλαδή Peltier θερμότητα λαμβάνονται μακριά από το μέσο μειώνει το κόστος μιας εξωτερικής πηγής ισχύος που απαιτείται για την ηλεκτρόλυση. Μια κατάσταση στην οποία η μέση θερμότητα είναι μια πηγή ενέργειας για την παραγωγή χρήσιμων εργασιών, είναι χαρακτηριστική της διάχυσης, καθώς επίσης και για πολλές ηλεκτροχημικές κυψέλες, οι παραδείγματα τέτοιων στοιχείων που φαίνονται στο [3, σ. 248-249].

Αναφορές

1. Gerasimov Ya. I. πορεία της φυσικής χημείας. Tutorial: Για τα πανεπιστήμια. V 2 t. T.II. - 2η έκδ .. - Μ:. Chemistry, Μόσχα, 1973. - 624 σελ.
2. Dashevskiy 3. Μ Peltier αποτέλεσμα. // Φυσική εγκυκλοπαίδεια. Σε 5 μ. T. III. Magneto - Poynting θεώρημα. / Ch. Ed. Α Μ Prohorov. Ed. μετράνε. DM Alekseev, Α.Μ. Baldin, AM Bonch-Bruevich, Α Borovik-Romanov και άλλοι - Μ:.. Μεγάλη Ρωσική Εγκυκλοπαίδεια, 1992. - 672 σελ. - ISBN 5-85270-019-3 (3 μ.)? ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Φυσικής Χημείας. Σε 2 βιβλία. Vol. 1. Δομή της ύλης. Θερμοδυναμική: Proc. για γυμνάσια? KS Krasnov, Ν Κ Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - Μ. Υψηλότερες. εβδομάδες, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Φυσικής Χημείας. Σε 2 βιβλία. Vol. 2. Ηλεκτροχημεία. Χημική κινητική και κατάλυση: Proc. για γυμνάσια? KS Krasnov, ΝΚ Vorobyov Ι Ν Godnev et al. -3 ed., Rev. - Μ. Υψηλότερες. εβδομάδες, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV γενική πορεία της φυσικής. Tutorial: Για τα πανεπιστήμια. Σε 5 μ. T.III. Ηλεκτρική ενέργεια. - 4η έκδοση, στερεότυπα .. - Μ: FIZMATLIT?. Εκδοτικός οίκος του MIPT, 2004. - 656 σελ. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 μ.)? 5-89155-086-5.
6. Tager Α Α Φυσικοχημεία πολυμερών. - Μ:. Chemistry, Μόσχα, 1968. - 536 σελ.
7. Vetter Κ Ηλεκτροχημική κινητική, μετάφραση από τη γερμανική γλώσσα με τις τροπολογίες του συγγραφέα στη ρωσική έκδοση, που εκδόθηκε από Corr. Ακαδημίας Επιστημών της ΕΣΣΔ καθηγ. Kolotyrkin ΥΜ - Μ:. Chemistry, Μόσχα, 1967. - 856 σελ.
8. Π Atkins Φυσικής Χημείας. Σε 2 ν. Τ.Ι., μεταφρασμένο από την αγγλική γλώσσα του γιατρού χημικών επιστημών Butin KP - Μ. Mir, Μόσχα, 1980. - 580 σελ.