Mapuslanon Buhat pinaagi sa kainit sa Environment

Bahin 1. Ang ubang mga termino ug mga kahulugan.

Ang electromotive nga puwersa (emf) mao ang integral sa gawas nga bahin nga pwersa uma nga naglangkob sa usa ka kasamtangan nga tinubdan ... gawas nga kusog nga naglihok sa electroplating mga selula sa mga utlanan sa taliwala sa mga electrolyte ug sa mga electrodes. Sila usab operate sa utlanan tali sa duha ka di-managsamang metal ug sa pagtino sa contact potensyal nga kalainan therebetween [5, p. 193, 191]. Kadaghanon mi-ikid potensyal sa tanan nga mga ibabaw sa seksyon sa sirkito mao nga sama sa sa potensyal nga kalainan sa taliwala sa mga konduktor, nga nahimutang sa mga tumoy kadena, ug gitawag ang electromotive pwersa sa emf konduktor sa sirkito ... kadena nga naglangkob lamang sa mga conductors sa mga unang matang mao nga sama sa sa potensyal nga jump tali sa una ug ang katapusan nga konduktor sa direkta kontaka kanila (volta balaod) ... Kon sa sirkito mao ang husto nga paagi bukas, ang emf kini nga sa sirkito mao ang zero. Aron sa pagtul-id sa sa open-circuit konduktor, nga naglakip sa labing menos usa ka electrolyte, magamit volts balaod ... Tin-aw nga, lamang konduktor sa sirkito nga naglangkob sa labing menos usa ka konduktor sa ikaduhang matang mao ang mga electrochemical mga selula (o talikala electrochemical elemento) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes mga polymers makahimo sa dissociating ngadto sa ion sa solusyon, sa ingon sa mao usab nga macromolecule, usa ka dako nga gidaghanon sa mga nagbalikbalik nga mga kaso ... crosslinked polyelectrolytes (Ion exchanger, ion-exchange resin) wala dissolve, lamang swell, samtang pagbaton sa abilidad sa pagpapahawa sa [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate sa negatibo nagsugo macroion ug H + mga ion gitawag polyacids ug dissociates sa positibo nagsugo ion ug OH- macroion nga gitawag poliosnovaniyami.

Donnan panimbang potensyal mao ang potensyal nga kalainan nga mahitabo sa bahin utlanan tali sa duha ka electrolytes kon utlanan niini nga mao ang dili permeable sa tanan nga mga ion. limitasyon Impermeability alang sa pipila ion mahimong hinungdan, alang sa panig-ingnan, sa atubangan sa putus uban sa kaayo nga pig-ot nga pores nga mga maagian alang sa mga partikulo sa ibabaw sa usa ka gidak-on. Selective pagkamatuhup sa interface mahitabo ug kon sa bisan unsa nga mga ion aron hugot nga nalambigit sa usa sa mga hugna nga mobiya kini sa kinatibuk-dili mahimo. Gayud magagawi ionic ion exchange salong, o ion-exchange nga grupo natudlong homopolar bugkos sa molekula kinuroskuros o matrix. Ang solusyon, nga sulod sa maong mga matrices mga porma sa tingub uban niini sa usa ka hugna; solusyon, nga nahimutang sa gawas, - ang ikaduha [7. 77].

Ang electric double layer (EDL) ang nahitabo sa interface sa duha ka hugna nga gibutang sa oppositely nagsugo sapaw, mga haklap ilabay sa usa ka gilay-on gikan sa matag usa [7. 96].

Peltier epekto niini nga inusara o pagsuyup sa kainit sa contact sa duha ka lain-laing mga konduktor depende sa direksyon sa koryente nga nagapaagay pinaagi sa contact [2, p. 552].

Bahin 2: Pinaagi sa paggamit sa kainit medium sa electrolysis sa tubig.

Tagda ang mekanismo sa panghitabo sa sa kapatagan sa electrochemical cell (gitawag nga elemento), gipakita schematically sa Fig. 1, mas emf tungod sa internal nga kontak potensyal nga kalainan (PKK) ug sa epekto sa Donnan (mubo nga paghulagway sa ang diwa sa Donnan epekto, internal PKK ug nakig Peltier kainit gihatag sa ikatolo ka bahin sa mga artikulo).

Fig. 1. kombensiyonal representasyon sa usa ka electrochemical cell: 1 - ang Cathode ang gikontak sa usa ka solusyon sa 3, ang electrochemical reduction reaksiyon sa electrolyte kasyon mahitabo sa iyang nawong, nga gihimo sa usa ka chemically inert hilabihan sabog n-semiconductor. Bahin sa Cathode nga nagdugtong niini sa usa ka eksternal nga boltahe tinubdan, metallized; 2 - ang anode ang gikontak sa usa ka solusyon sa 4, sa ibabaw sa nawong niini mahitabo electrochemical oxidation reaksiyon sa mga anions electrolyte, nga hinimo sa chemically inert hilabihan sabog p-semiconductor. Bahin sa anode nga nagdugtong niini sa usa ka eksternal nga boltahe tinubdan, metallized; 3 - Cathode luna, polyelectrolyte solusyon, dissociating sa tubig sa macroion R- negatibong nagsugo ug positibo nagsugo counterions gamay nga K + (sa karon nga panig-ingnan mao ang hydrogen Ion H +); 4 - anode lawak polyelectrolyte solusyon sa tubig dissociating ngadto sa positibo nga nagsugo sa macroion R + ug negatibo nagsugo counterions gamay nga A- (sa panig-ingnan niini nga kini hydroxide ion OH-); 5 - ang lamad (diaphragm), mao ang agod indi macromolecules (macroion) polyelectrolytes, apan bug-os nga permeable sa gagmay nga counterions K +, A- ug tubig molekula mipakigbahin sa luna 3 ug 4; Evnesh - sa usa ka eksternal nga boltahe tinubdan.

Emf pinaagi sa Donnan epekto

Alang sa pagklaro, ang electrolyte sa Cathode luna (. 3, Figure 1) ang pinili nga tubigon polyacid solusyon (R-H +), ang electrolyte ug ang anode lawak (4, nga igos 1.) - tubigon poliosnovaniya (R + OH-). Ingon sa usa ka resulta sa dissociation polyacids sa Cathode compartment, duol sa nawong sa Cathode (1, Fig. 1), adunay usa ka dugang nga konsentrasyon sa H + mga ion. Positibo nga katungdanan nga makita diha sa palibot sa mga Cathode nawong dili mabayran negatibo nagsugo macroions R-, kay sila dili moabut nga duol sa nawong sa Cathode tungod sa gidak-on ug sa atubangan sa usa ka positibo nga nagsugo sa ionic nga kahimtang (alang sa mga detalye tan-awa ang. Description Donnan epekto sa Annex №1 sa ikatulo nga bahin sa artikulo). Busa, ang utlanan layer sa usa ka solusyon sa direkta sa kontak uban sa Cathode nawong adunay usa ka positibo nga katungdanan. Ingon sa usa ka resulta, sa usa ka electrostatic induction sa Cathode nawong, kasikbit sa mga solusyon, adunay usa ka negatibo nga katungdanan sa pagbantay sa mga electron conduction. ie sa interface sa taliwala sa mga nawong Cathode ug DES solusyon mahitabo. Field sa DES miduso electron gikan sa Cathode - ngadto sa solusyon.

Sa susama, sa anode (2, Fig. 1), ang utlanan layer sa mga solusyon sa anode compartment (4, Fig. 1) direktang sa kontak uban sa mga anode nawong adunay usa ka negatibo nga katungdanan, ug sa ibabaw sa anode nawong, kasikbit sa mga solusyon, adunay usa ka positibo nga katungdanan. ie sa interface sa taliwala sa mga nawong anode ug ang solusyon mahitabo usab DES. Field sa DES miduso electron gikan sa solusyon - sa usa ka anode.

Mao kini ang, sa kapatagan sa DES sa interface sa Cathode ug anode sa solusyon, gisuportahan sa kainit solusyon ion pagkatay, pagkanap, mao ang duha ka internal emf tinubdan, paglihok sa concert uban sa usa ka eksternal nga tinubdan, pananglitan, pagduso sa mga negatibo nga mga kaso sa laang counterclockwise.

Dissociation poliosnovaniya polyacids ug usab hinungdan sa kainit pagkatay, pagkanap pinaagi sa lamad (5, Figure 1) H + mga ion gikan sa cathodic nga luna -. Sa anode, ug OH- ion gikan sa anode compartment - sa usa ka Cathode. Macroion R + ug R- polyelectrolytes dili makalihok pinaagi sa lamad, mao nga kini gikan sa Cathode luna adunay usa ka sobra negatibo nga katungdanan, ug gikan sa anodic nga luna - sa usa ka sobra nga positibo nga katungdanan, pananglitan, adunay laing DPP tungod sa Donnan epekto. Busa, ang lamad usab mahitabo sa sulod sa emf, paglihok sa concert uban sa usa ka eksternal nga tinubdan sa kainit pagkatay, pagkanap ug magpadayon sa solusyon sa mga ion.

Sa atong panig-ingnan, ang boltahe tabok sa lamad mahimong makab-ot 0.83 volts, ingon sa kini katumbas sa usa ka pagbag-o sa potensyal sa standard hydrogen electrode gikan sa - 0.83 ngadto sa 0 volts sa transisyon gikan sa alkaline medium sa anode compartment sa Cathode lawak acidic palibot. Alang sa mga detalye, tan-awa ang. Sa Annex №1 sa ikatolo ka bahin sa artikulo.

Emf PKK gikan sa sulod

Ang emf Elemento Kini mahitabo, lakip na sa contact semiconductor anode ug Cathode sa ilang mga bahin metal nga pag-alagad sa pagkonektar sa mga eksternal nga boltahe tinubdan. emf Kini nga tungod sa internal PKK. Internal KON wala paghimo, lahi sa sa gawas nga kapatagan sa luna nga naglibot sa mga konduktor contact, pananglitan Kini dili makaapekto sa motion sa gisugo partikulo sa gawas sa konduktor. Construction n-semiconductor / metal / p-semiconductor ang igo nga nailhan ug gigamit, alang sa panig-ingnan, usa ka thermoelectric Peltier module. Ang kadako sa emf ingon nga usa ka estruktura sa lawak temperatura mahimong makab-ot nga mga hiyas sa han-ay sa 0.4 - 0.6 volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Kaumahan sa mga kontak gitumong sa ingon nga paagi nga sila iduso electron counterclockwise sa laang, pananglitan buhat sa concert sa gawas nga tinubdan. Ang mga electron pagpataas sa ang-ang kusog sa mga medium absorbing sa kainit sa Peltier.

Internal KON nga motumaw tungod sa pagkatay, pagkanap sa mga electron sa mga dapit contact sa mga electrodes ug ang solusyon, sa sukwahi, miduso mga electron sa tuo nga direksyon sa laang. ie ang motion sa mga electron sa Elemento counterclockwise sa niini nga mga kontak kinahanglan gigahin Peltier kainit. apan tungod kay ang pagbalhin sa mga electron gikan sa Cathode ngadto sa solusyon ug sa mga solusyon sa anode ang kinahanglan giubanan sa usa ka endothermic reaksyon sa pagmugna hydrogen ug oxygen, ang kainit sa Peltier wala gipagawas ngadto sa medium, ug mao ang sa pagpakunhod sa endothermic epekto, pananglitan sama sa "konserba" sa enthalpy sa pagporma sa hydrogen ug oxygen. Alang sa mga detalye, tan-awa ang. Sa Annex №2 ang ikatolo ka bahin sa artikulo.

tagdala (electron ug ion) mobalhin sa Elemento sa sirkito dili sirado nga mga dalan, walay bayad diha sa elemento wala nagalihok sa usa ka closed circuit. Ang matag electron anode nga nakuha gikan sa solusyon (sa dagan sa oxidation sa OH- ion sa mga molekula oksiheno), ug miagi sa usa ka eksternal nga paglibut ngadto sa mga Cathode, ang volatilized uban sa hydrogen molekula (sa proseso sa pagkaayo sa ion K +). Susama ion OH- ug H + ayaw pagbalhin sa usa ka sirado nga sirkito, apan ngadto lamang sa mga katugbang electrode, ug unya evaporate sa dagway sa molekular hydrogen ug oxygen. ie ug ang mga ion ug electron matag nagalihok sa palibot sa accelerating kapatagan sa DES, ug sa katapusan sa dalan, sa diha nga sila pagkab-ot sa nawong sa electrode gihiusa sa molekula, pagkabig sa tibuok gitipigan enerhiya - ang kusog sa usa ka kemikal nga bugkos, ug gikan sa laang!

Ang tanan nga mga internal nga mga tinubdan sa emf Nga elemento, pagpakunhod sa gasto sa gawas nga tinubdan sa tubig electrolysis. Busa, ang kainit sa naglibot absorbing elemento sa panahon sa operasyon niini sa pagpadayon sa pagkatay, pagkanap sa DES, mao ang sa pagpakunhod sa gasto sa gawas nga tinubdan, pananglitan, Kini nagdugang sa electrolysis efficiency.

Electrolysis sa tubig nga walay bisan unsa nga gawas nga tinubdan.

Sa pagribyu sa mga proseso nga nahitabo diha sa elemento nga gipakita sa Fig. 1, usa ka eksternal nga lantugi tinubdan nga wala ngadto sa asoy. Ibutang ta nga ang internal nga pagsukol mao ang katumbas sa RD ug usa ka boltahe sa 0. nga Evnesh Elemento electrodes mga shorted ngadto sa usa ka passive load (tan-awa sa Fig. 5). Sa kini nga kaso, ang direksyon ug gikusgon sa DES kaumahan nga motumaw sa interface sa mga elemento magpabilin sa mao usab nga.

Fig. 5. baylo Evnesh (Fig. 1) lakip na ang passive load RL.

Pagtino sa mga kahimtang sa diha-diha nga kasamtangan nga dagan sa niini nga elemento. Ang pag-usab sa potensyal Gibbs, sumala sa pormula (1) sa Annex №1 sa ikatolo ka bahin sa mga artikulo:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Kon P> Δ H + Q mod mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (KJ / mol) = 1.23 (eV / molekula)

ang Δ G arr <0 ug diha-diha nga proseso mao ang posible nga.

atong hisgotan sa dugang nga ang mga elemento hydrogen kaliwatan reaksiyon mahitabo diha sa usa ka acidic medium (electrode potensyal sa 0 volts), ug oksiheno sa usa ka alkaline (electrode potensyal sa 0.4 volts). Ang maong electrode potensyal naghatag og usa ka lamad (5, Fig. 5), ang boltahe sa nga kini kinahanglan nga 0.83 volts. ie ang enerhiya nga gikinahanglan alang sa pagporma sa hydrogen ug oxygen mao ang pagkunhod sa 0.83 (eV / molekula). Unya ang kahimtang sa sa posibilidad sa diha-diha nga proseso kabubut:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / molekula) = 77.2 (KJ / mol) (2)

Atong makita nga ang enerhiya babag sa hydrogen ug oxygen molekula malikayan ug walay gamit ang eksternal nga boltahe tinubdan. ie bisan sa n = 0.4 (eV / molekula), pananglitan sa diha nga sa sulod electrode HPDC 0.4 volts, elemento mahimong diha sa usa ka kahimtang sa dinamikong panimbang, ug sa bisan unsa nga (bisan gamay) kausaban sa mga kahimtang sa balanse hinungdan sa kasamtangan nga sa sirkito.

Laing babag sa mga reaksyon sa mga electrodes mao ang activation sa enerhiya, apan kini giwagtang sa sa langub-agianan nga epekto, nga motumaw tungod sa pagkagamay sa gintang tali sa mga electrodes ug sa solusyon [7, p. 147-149].

Mao kini ang, sa basehan sa enerhiya konsiderasyon, makaingon kita nga ang diha-diha nga kasamtangan nga sa elemento nga gipakita sa Fig. 5, kini mao ang posible nga. Apan unsa ang pisikal nga mga rason makahimo niini nga kasamtangan nga? Kini nga mga rason gilista sa ubos:

1. Ang kalagmitan sa transisyon sa mga electron gikan sa Cathode ngadto sa solusyon mas taas kay sa kalagmitan sa transisyon gikan sa anode ngadto sa solusyon, tungod kay n-semiconductor Cathode adunay usa ka daghan sa mga libre nga electron uban sa usa ka hataas nga ang-ang sa enerhiya, ug ang p-semiconductor anode - lamang "lungag", ug kini nga mga "lungag" anaa sa usa ka ang-ang enerhiya sa ubos sa Cathode electron;

2. lamad Ang gisuportahan sa Cathode sulod sa usa ka acidic palibot, ug sa anode - alkaline. Sa kaso sa inert electrodes, kini modala ngadto sa sa kamatuoran nga ang usa ka Cathode electrode potensyal mahimong mas dako pa kay sa anode. Busa, mga electron kinahanglan mobalhin pinaagi sa usa ka eksternal nga sirkito nga gikan sa anode ngadto sa Cathode;

3. Ang nawong katungdanan sa pagbantay sa mga solusyon polyelectrolyte motumaw tungod sa Donnan epekto, nagmugna sa electrode / solusyon uma sa ingon nga sa kapatagan sa Cathode nagpasiugda electron ani gikan sa Cathode ngadto sa solusyon, ug ang uma sa anode - pagsulod electron ngadto sa anode gikan sa solusyon;

4. balanse sa unahan ug makausab mga reaksyon sa mga electrodes (exchange sulog) biased sa H + mga ion direkta reduction reaksiyon sa sa Cathode ug oxidation sa OH- ion sa anode, tungod kay sila giubanan sa pagporma sa gas (H2 ug O2) makahimo sa dali pagbiya sa reaksyon zone (Lev Chatelier ni Prinsipyo).

Eksperimento.

Kay quantitative evaluation sa boltahe tabok sa load sa Donnan epekto, usa ka eksperimento nga gihimo diin ang Cathode Elemento gilangkoban sa mga activate carbon uban sa sa gawas nga graphite electrode ug usa ka anode - sa usa ka sinagol nga activate carbon ug anion resin AB-17-8 sa gawas nga graphite electrode. Electrolyte - tubigon NaOH solusyon, anode ug Cathode luna nga mibulag sa usa ka artipisyal nga gibati. Sa bukas sa gawas electrodes sa elemento niini nga may usa ka boltahe sa mga 50 MV. Sa diha nga konektado sa usa ka elemento sa gawas nga load 10 ohm natudlong kasamtangan nga sa bahin sa 500 microamps. Sa diha nga ang naglibot temperatura pagsaka gikan sa 20 ngadto sa 30 0C boltahe sa gawas nga electrode misaka ngadto sa 54 MV. Pagdugang sa boltahe sa naglibot nga temperatura nagpamatuod nga ang tinubdan sa emf mao ang pagkatay, pagkanap, pananglitan sa kainit motion sa mga partikulo.

Kay quantitative evaluation sa boltahe tabok sa load gikan sa sulod HPDC metal / semiconductor eksperimento gihimo diin ang cell Cathode naglangkob sa artipisyal nga graphite powder uban sa sa gawas nga graphite electrode ug usa ka anode - sa usa ka powder sa boron carbide (B4C, p-semiconductor) uban sa sa gawas nga graphite electrode. Electrolyte - tubigon NaOH solusyon, anode ug Cathode luna nga mibulag sa usa ka artipisyal nga gibati. Sa bukas sa gawas electrodes sa elemento boltahe mao ang mahitungod sa 150 MV. Sa diha nga nagdugtong sa gawas nga load ngadto sa elemento 50 kOhm boltahe naghulog ngadto sa 35 MV., Ang maong usa ka lig-on nga boltahe drop tungod sa ubos nga nay boron carbide ug, ingon sa usa ka resulta, ang usa ka taas nga internal nga pagsukol Elemento. Imbestigasyon boltahe batok sa temperatura alang sa usa ka elemento sa maong gambalay dili gidala sa gawas. Kini mao ang tungod sa kamatuoran nga, alang sa usa ka semiconductor, depende sa iyang kemikal nga komposisyon, nga matang sa doping ug uban pang mga kabtangan, ang temperatura kausaban sa lain-laing mga mga paagi nga makaimpluwensya sa iyang Fermi ang-ang. ie temperatura epekto sa emf Nga elemento (abut o pagkunhod), sa niini nga kaso agad sa mga materyales nga gigamit, mao nga kini dili mao ang nagpaila eksperimento.

Sa niini nga punto nga kini nagpadayon sa laing eksperimento sa nga cell Cathode gihimo sa usa ka sinagol nga activate carbon powder ug KU-2-8 uban sa sa gawas nga stainless steel electrode ug ang anode gikan sa usa ka sinagol nga activate carbon powder ug anion resin AB-17-8 sa gawas nga electrode gikan sa stainless steel. Electrolyte - tubigon nga solusyon sa NaCl, ang anode ug Cathode luna nga mibulag sa usa ka artipisyal nga gibati. Sa gawas electrodes sa niini nga elemento sa Oktubre 2011 ang mga makahimo sa mubo-circuit sa passive ammeter. Current nga nagpakita sa usa ka ammeter, mga usa ka adlaw human sa baylo, mikunhod sa 1 Ma - sa 100 mkA (nga mao ang klaro nga tungod sa polarization sa mga electrodes), ug sukad niadto labaw pa kay sa usa ka tuig dili mausab.

Sa praktikal nga mga eksperimento nga gihulagway sa ibabaw sa kalambigitan sa mas epektibo nga mga materyales mabudlay nga alagyan nga nakuha resulta sa kinadak ubos sa panghunahuna sa mahimo. Dugang pa, nga nahibalo bahin sa mga kinatibuk-ang internal emf Nga elemento sa kanunay-ut-ut tungod sa paghupot sa mga electrode reaksyon (sa produksyon sa hydrogen ug oxygen) ug dili masukod sa gawas nga sirkito.

Panapos.

Pagsumaryo, kita makaingon nga sa kinaiyahan nagtugot kanato sa kinabig sa kainit enerhiya ngadto sa mapuslanon nga enerhiya o buhat, samtang paggamit sa ingon nga sa usa ka "heater" palibot ug dili nga may usa ka "refrigerator". Mao kini ang Donnan epekto ug internal KON nakabig sa kainit enerhiya sa nagsugo partikulo sa electric kapatagan enerhiya DEL ingon nga ang mga endothermic reaksyon kainit ang nakabig ngadto sa kemikal nga enerhiya.

Giisip nga contact elemento ut kainit gikan sa medium ug sa tubig, ug naggahin sa electric nga gahum, hydrogen ug oxygen! Dugang pa, ang proseso sa konsumo sa enerhiya ug sa paggamit sa hydrogen ingon sa usa ka fuel, ug ang mga tubig mobalik balik sa medium kainit!

Bahin 3 sa Annex.

bahin Kini dugang nga gihisgotan Donnan normal nga mga buluhaton nga epekto, sa kinasang-an sa sulod nga HPDC metal / semiconductor ug Peltier kainit sa redox mga reaksiyon ug electrode potensyal sa elemento.

Donnan potensyal (Apendise №1)

Tagda ang mekanismo sa mga panghitabo sa Donnan potensyal alang sa polyelectrolyte. Human sa dissociation polyelectrolyte counterions magsugod sa iyang gamay nga, pinaagi sa pagkatay, pagkanap, sa pagbiya sa gidaghanon nga giokupar sa mga macromolecule. Direksiyon pagkatay, pagkanap sa counterions sa gamay nga gidaghanon polyelectrolyte macromolecules sa solvent mao ang tungod sa misaka nga konsentrasyon sa kinabag-an sa mga macromolecule kon itandi sa uban nga mga solusyon. Dugang pa, kon, alang sa panig-ingnan, gamay nga counterions mga negatibo nagsugo, kini moresulta sa nga sa sulod nga bahin sa macromolecule mga positibo nga nagsugo, ug ang solusyon mao ang diha-diha dayon tapad sa sa gidaghanon sa mga macromolecule - negatibo nga. ie palibot sa usa ka positibo nga nagsugo macroion gidaghanon, adunay usa ka matang sa "Ion atmospera" sa mga gagmay nga mga kontra-ion - negatibo gisugo. Determinasyon ionic atmospera katungdanan pagtubo mahitabo sa diha nga ang mga electrostatic uma sa taliwala sa mga ion gidaghanon macroion atmospera ug timbangan sa kainit pagkatay, pagkanap sa mga gagmay nga counterions. Ang resulta normal nga mga buluhaton potensyal nga kalainan tali sa atmospera ug ang mga ionic macroions mao Donnan potensyal. Donnan potensyal usab nagtumong sa lamad potensyal, tungod kay sa usa ka susama nga sitwasyon mahitabo sa usa ka semipermeable lamad, alang sa panig-ingnan, sa diha nga kini nagbulag sa electrolyte solusyon nga adunay ion sa duha ka mga matang - makahimo, ug dili makahimo sa agi therethrough sa lunsay nga solvent.

Donnan potensyal mahimong giisip nga sama sa sa usa ka gilimitahan kaso sa potensyal pagkatay, pagkanap, sa diha nga ang paglihok sa usa sa mga ion (sa niini nga kaso macroion) mao ang zero. Dayon, sumala sa [1, p. 535], sa katungdanan sa pagbantay sa counter nga sama sa usa:

E d = (RT / F) LN ( A1 / a2), diin

Ed - Donnan potensyal;

R - universal gas kanunay;

T - thermodynamic temperatura;

F - Faraday kanunay;

A1, a2 - counter-nga kalihokan sa mga hugna contact.

Sa niini nga miyembro, diin ang lamad nagbulag poliosnovaniya solusyon (pH = Lg usa ka 1 = 14) ug polyacid (pH = Lg usa ka 2 = 0), Donnan potensyal tabok sa lamad sa lawak temperatura (T = 300 0 K) nga:

E d = (RT / F) (Lg usa ka 1 - Lg usa ka 2) LN (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * LN (10) = 0.83 volts

Donnan potensyal pagtaas sa direkta nga kalabutan sa temperatura. Kay pagkatay, pagkanap sa electrochemical cell Peltier kainit mao ang bugtong tinubdan alang sa produksyon sa mapuslanon nga buhat, kini dili ikatingala nga ang maong mga elemento emf nagdugang sa uban sa pagdugang sa temperatura. Sa pagkatay, pagkanap cell alang sa produksyon sa trabaho, Peltier kainit kanunay gikuha gikan sa palibot. Sa diha nga kasamtangan nga nagapaagay pinaagi sa EDL giumol Donnan epekto, sa usa ka direksyon nga natunong sa positibo nga direksyon sa kapatagan sa DES (pananglitan, sa diha nga ang kapatagan sa DES nagabuhat positibo nga buhat), kainit masuhop gikan sa palibot alang sa produksyon sa papel niini.

Apan ang pagkatay, pagkanap elemento mao ang usa ka padayon nga ug unidirectional kausaban sa ion konsentrasyon, nga sa katapusan modala ngadto sa equalization sa konsentrasyon ug mihunong mimando pagkatay, pagkanap, dili sama sa normal nga mga buluhaton Donnan, diin, diha sa usa ka kaso sa leaks quasistatic sulog ion konsentrasyon, sa makausa sa nakaabot sa usa ka bili, nagpabilin nga wala mausab .

Fig. 2 nagpakita sa usa ka diagram sa redox potensyal sa mga reaksyon sa hydrogen ug oxygen sa diha nga sa pag-usab sa acidity sa solusyon. tsart nagpakita nga ang electrode potensyal sa oxygen formation reaksyon sa pagkawala sa OH- ion (1.23 volts sa usa ka acidic palibot) mao ang lain-laing gikan sa sama nga potensyal sa hatag-as nga konsentrasyon (0.4 volts sa usa ka alkaline medium) sa 0.83 volts. Sa susama, ang electrode potensyal sa hydrogen-pagtukod reaksyon sa pagkawala sa H + (-0.83 volts sa alkaline medium) mao ang lain-laing gikan sa sama nga potensyal sa hatag-as nga konsentrasyon (0 V sa usa ka acid medium), usab sa 0.83 volts [4. 66-67]. ie dayag nga 0.83 volts gikinahanglan aron makabaton sa usa ka taas nga konsentrasyon sa tubig diha sa tagsa-tagsa ion. Kini nagpasabot nga 0.83 volts ang gikinahanglan alang sa usa ka masa nga sa neyutral dissociation sa tubig molekula sa H + ug OH- ion. Busa, kon ang lamad gisuportahan sa atong Elemento Cathode luna acidic medium ug sa usa ka alkaline anodic, ang boltahe mahimong makab-ot sa iyang mga DEL 0.83 volts, nga anaa sa maayo nga kasabutan uban sa theoretical kalkulasyon gipresentar sa sayo pa. boltahe Kini nga naghatag og usa ka taas nga conductivity luna DES lamad pinaagi sa tubig dissociation ngadto sa mga ion sa sulod niini.

Fig. 2. Diagram redox reaksyon potensyal

kadugta sa tubig, ug sa H + mga ion ug OH- ngadto sa hydrogen ug oxygen.

KON ug Peltier kainit (Apendise №2)

"Ang hinungdan sa Peltier epekto mao nga ang average nga kusog sa mga carriers katungdanan (alang sa pagkatino electron) nga nalambigit sa mga electric conductivity sa nagkalain-laing konduktor sa lain-laing mga ... Sa transisyon gikan sa usa ka konduktor ngadto sa laing electron o padala sobra nga gahum grid o pagdugang sa usa ka kakulang sa enerhiya sa iyang gasto (depende sa kasamtangan nga direksyon).

Fig. 3. Ang Peltier epekto sa metal nga contact ug sa semiconductor n-: ԐF - Fermi nga lebel; ԐC - sa ubos sa conduction nga bakus sa semiconductor; ԐV - Valence panon sa mga sundalo; Ako - positibo nga direksyon sa kasamtangan nga; mga bilog uban sa mga udyong nga gipakita schematically electron.

Sa unang kaso duol sa contact ang gibuhian, ug ang ikaduha - ang gitawag nga masuhop .. Peltier kainit. Pananglitan, sa contact semiconductor - metal (Figure 3) ang kusog sa mga electron nga gikan sa n-type semiconductor sa metal (sa wala paghikap) mao ang kamahinungdanon mas taas pa kay sa Fermi enerhiya ԐF. Busa, sila paglapas sa mga thermal panimbang diha sa metal. Normal nga mga buluhaton mao ang gipahiuli nga ingon sa usa ka resulta sa panagbangga, diin thermalized electron, sa paghatag sobra enerhiya kristal. grid. Ang semiconductor metal (tuo paghikap) makaagi lamang ang labing abtik electron, sa pagkaagi nga electron gas sa metal mobugnaw. Sa pagpahiuli sa panimbang-apod-apod sa daku kini'g makaon nga enerhiya-ut-ut kinuroskuros "[2, p. 552].

Sa pagkontak sa metal / p-semiconductor kahimtang susama nga. tungod kay p-conductivity buslot semiconductor paghatag sa iyang Valence panon sa mga sundalo nga ubos sa lebel Fermi, nan ang contact nga cooled, diin mga electron modagayday gikan sa p-semiconductor sa metal. Peltier kainit nga gipagawas o masuhop sa contact sa duha ka konduktor, tungod sa produksyon sa negatibo o positibo sa internal KON.

Lakip sa wala nga kontak gintang (Fig. 3), sa diin ang Peltier kainit alokasyon, usa ka electrolytic cell, alang sa panig-ingnan, tubigon nga NaOH solusyon (Figure 4) ug metal semiconductor ug n-himoa kini kemikal inert.

Fig. 4. Ang wala nga contact n-semiconductor ug ang metal bukas ug gibutang sa sa gintang sa electrolyte solusyon. Ngalan mao ang mga sama sa Fig. 3.

Tungod kay, sa diha nga kasamtangan nga nagapaagay «ko», ang semiconductor sa n-electron sa mas taas nga enerhiya moabot solusyon kay sa pag-abot gikan sa solusyon sa metal, kini nga sobra nga enerhiya (kainit sa Peltier) kinahanglan gayud nga mobarug sa cell.

Ang kasamtangan nga pinaagi sa cell mahimong lamang sa usa ka kaso sa leaks niini electrochemical mga reaksiyon. Kon ang exothermic reaksyon sa cell, ang Peltier kainit ang gipagawas sa cell, sama sa labaw pa siya wala moadto. Kon ang reaksyon sa cell - endothermic, ang Peltier kainit mao ang bug-os o sa bahin sa compensate alang sa endothermic epekto, ie, sa pagporma sa usa ka reaksyon nga produkto. Sa panig-ingnan niini nga, ang kinatibuk-ang cell reaksyon: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, mao nga ang kainit (enerhiya) sa Peltier mao ang paghimo molekula ug H2 O2, mga nag-umol sa mga electrodes. Busa, makabaton kita nga ang kainit sa Peltier pinili nga sa medium sa husto n-contact semiconductor / metal wala gipagawas balik sa palibot, ug gitipigan diha sa porma sa kemikal kusog sa hydrogen ug oxygen molekula. Tin-aw nga, sa operasyon sa gawas nga boltahe tinubdan ut alang sa electrolysis sa tubig, sa niini nga kaso mahimong mas gamay kay sa diha sa kaso sa managsamang electrodes, hinungdan nga walay panghitabo sa Peltier epekto ..

Bisan pa sa mga kabtangan sa mga electrodes, sa electrolytic cell sa iyang kaugalingon mahimong sagukom o pagmugna sa kainit sa diha nga miagi sa Peltier kasamtangan niini. Ang quasi-nagahunong mga kahimtang, ang mga potensyal nga kausaban sa mga selula Gibbs [4, p. 60]:

Δ G = Δ K - T Δ S, diin

Δ H - enthalpy kausaban sa cell;

T - thermodynamic temperatura;

Δ S - kausaban sa entropy sa cell;

Q = - T Δ S - kainit sa Peltier cell.

Kay sa usa ka hydrogen-oxygen cell electrochemical sa T = 298 (K), ang pagbag-o sa enthalpy ΔHpr = - 284.5 (KJ / mol) [8, p. 120], ang pagbag-o sa sa Gibbs potensyal [4. sa usa ka. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (KJ / mol), diin

z - gidaghanon sa mga electron matag molekula;

F - Faraday kanunay;

E - emf cell.

Busa

Q Ave = - T Δ S Ave = Δ G uban pa - Δ H uban pa = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (KJ / mol)> 0,

ie hydrogen-oxygen electrochemical cell makamugna kainit sa Peltier palibot, samtang pagpalambo sa iyang entropy ug dag-um sa iyang mga. Dayon, sa balion proseso, ang electrolysis sa tubig, nga mao ang kaso sa atong panig-ingnan, Peltier kainit Q mod = - Q Ave = - 47.3 (KJ / mol) sa electrolyte nga masuhop gikan sa palibot.

Nagpakita nga P - Peltier kainit nga gikuha gikan sa palibot sa husto n-contact semiconductor / metal. Ang kainit P> 0 kinahanglan gayud nga mobarug sa cell, apan tungod kay kadugta sa tubig diha sa cell endothermic reaksyon (Δ H> 0), ang Peltier kainit P mao ang sa pag-compensate alang sa kainit epekto sa reaksyon:

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

Mod Q agad lamang sa mga komposisyon sa mga electrolyte, tungod kay Kini mao ang usa ka kinaiya sa electrolytic cell uban sa inert electrodes, ug n mao ang nagsalig lamang sa electrode mga materyales.

Talaid (1) nagpakita nga ang kainit sa Peltier P ug Peltier kainit mod Q, mao ang produksyon sa mapuslanon nga buhat. ie Peltier kainit gikuha gikan sa medium pagmobu, pagminus sa gasto sa usa ka eksternal nga tinubdan sa gahum nga gikinahanglan alang sa electrolysis. Usa ka kahimtang diin ang mga kainit medium mao ang usa ka tinubdan sa enerhiya alang sa produksyon sa mapuslanon nga buhat, mao ang kinaiya sa pagkatay, pagkanap, ingon man alang sa daghang mga electrochemical mga selula, mga ehemplo sa maong mga elemento gipakita sa [3, p. 248 - 249].

mga pakisayran

1. Gerasimov Ya. I. dalan sa pisikal nga chemistry. Tutorial: Kay unibersidad. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M:. Chemistry, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier epekto. // Pisikal ensiklopedya. Sa 5 m. T. III. Magneto - Poynting ághaming. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. -isip. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov ug sa uban - M:.. Dakong Russian nga Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Pisikal nga Chemistry. Sa 2 mga libro. Vol. 1. Structure sa Importante. Thermodynamics: Proc. alang sa hatag-as nga mga eskwelahan; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Higher. semana, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Pisikal nga Chemistry. Sa 2 mga libro. Vol. 2. Electrochemistry. Kemikal nga Kinetics ug catalysis: Proc. alang sa hatag-as nga mga eskwelahan; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Pin - M:. Higher. semana, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV kinatibuk-ang dalan sa pisika. Tutorial: Kay unibersidad. Sa 5 m. T.III. Elektrisidad. - 4th ed, stereotypes .. - M: FIZMATLIT;. Sa pagmantala balay sa MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Pisikal nga chemistry sa mga polymers. - M:. Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical Kinetics, nga gihubad gikan sa pinulongan nga German sa kausaban sa tagsulat ngadto sa Russian nga edisyon, giedit ni CORR. USSR Academy of Sciences Prof.. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Pisikal nga Chemistry. Sa 2 v. T.I., nga gihubad gikan sa Iningles nga pinulongan sa doktor sa kemikal siyensiya Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 p.