Nyttig Arbeid av varmen fra Miljøvern

Del 1. Noen begreper og definisjoner.

Den elektromotoriske kraft (emf) er integrert ytre kraftfelt parti som omfatter en strømkilde ... ytre kraft som virker på galvanisering celler ved grensene mellom elektrolytten og elektrodene. De opererer også på grensen mellom to ulike metaller, og bestemme kontaktpotensialforskjellen mellom disse for [5, s. 193, 191]. Mengden hopper potensialer på alle overflater av kretsseksjonen er lik potensialforskjellen mellom lederne, som ligger ved kjedeendene, og kalles den elektromotoriske kraft EMF lederkobling ... kjede bestående bare av lederne i det første slag er lik den potensielle hoppe mellom den første og den siste leder i direkte kontakt med dem (Volta lov) ... Hvis kretsen er riktig åpen, den emf denne kretsen er null. For å korrigere den åpen-krets leder, som omfatter minst en elektrolytt, gjelder loven volt ... åpenbart bare lederkrets, som omfatter minst en leder av den andre type er elektrokjemiske celler (eller kjeder elektrokjemiske elementer) [1, s. 490-491].

Polyelektrolytter er polymerer som kan dissosiere til ioner i oppløsning, og således i samme makromolekyl, et stort antall løpende kostnader ... tverrbundne polyelektrolytter (ionebyttere, ionebytte-harpiks) oppløses ikke, bare sveller, og samtidig beholde evnen til å dissosiere [6, s. 320-321]. Polyelektrolytter dissosiere til negativt ladede macroion og H + ioner, kalles polysyrer og dissosierer til positivt ladede ioner og OH- macroion kalt poliosnovaniyami.

Donnan likevektspotensialet er potensialdifferansen som oppstår ved fasegrensen mellom de to elektrolyttene hvis denne grensen er ikke permeabel for alle ioner. Ugjennomtrengelighet grenser for enkelte ioner kan være forårsaket av for eksempel, tilstedeværelse av membraner med meget trange porer som er ugjennomtrengelig for partikler over en viss størrelse. Selektiv permeabilitet av grenseflaten finner sted, og hvis noen ioner så sterkt knyttet til en av fasene som forlater det vanligvis ikke kan. Nøyaktig oppfører ioniske ionebytterharpikser, eller ionebyttegruppe festet unipolar binding i molekyl gitter eller en matrise. Oppløsningen, som er innvendig slike matriser danner sammen med den en enkelt fase; oppløsning, som ligger utenfor, - den andre [7. 77].

Den elektriske dobbeltlag (EDL) finner sted ved grenseflaten av de to fasene sett av motsatt ladede lag anordnet i en viss avstand fra hverandre [7. 96].

Peltiereffekt denne isolering eller absorpsjon av varme ved kontakt med to forskjellige ledere i avhengighet av retningen av elektrisk strøm som flyter gjennom kontakten [2, s. 552].

Del 2: Ved hjelp av varmemediet ved elektrolyse av vann.

Betrakt mekanismen for forekomst av kretsen til den elektrokjemiske celle (heretter element), som er vist skjematisk i fig. 1, mer emf på grunn av den indre kontakt potensialdifferansen (PKK), og effekten av Donnan (kort beskrivelse av essensen av Donnan virkning, er innvendig PKK og tilhørende Peltier varme tilgjengelig i den tredje delen av artikkelen).

Fig. 1. Skjematisk fremstilling av en elektrokjemisk celle: 1 - katoden er i kontakt med en løsning av 3, den elektrokjemiske reduksjonen av elektrolytt kationer forekomme på sin overflate, laget av et kjemisk inert sterkt dopet n-halvleder. En del av katoden å koble den til en ekstern spenningskilde, metallisert; 2 - anoden er i kontakt med en løsning av 4, på overflaten derav oppstår elektrokjemisk oksydasjon reaksjon av elektrolytt anioner, laget av kjemisk inert sterkt dopet p-halvleder. En del av anoden som forbinder den til en ekstern spenningskilde, metallisert; 3 - katoderommet, polyelektrolyttløsningen, dissosieres i vann ved macroion R- negativt ladet og positivt ladede motioner liten K + (i det foreliggende eksempel er den hydrogen-ion-H +); 4 - anodekammeret polyelektrolytt løsning i vann dissosiere inn i positivt ladet macroion R + og negativt ladede motioner liten A- (i dette eksempel det hydroksid-ioner OH-); 5 - den membran (membran), er ugjennomtrengelig for makromolekyler (macroion) polyelektrolytter, men helt gjennomtrengelig for små motioner K +, A- og vannmolekyler delte rom 3 og 4; Evnesh - en ekstern spenningskilde.

emf av Donnan virkning

For tydelighets skyld er elektrolytten i katoderommet (. 3, figur 1) som er valgt vandig oppløsning polysyre (R-H +), elektrolytten og anodekammeret (4, fig 1.) - vandig poliosnovaniya (R + OH-). Som et resultat av dissosiasjon polysyrer i katodekammeret, i nærheten av overflaten av katoden (1, fig. 1), er det en økt konsentrasjon av H + -ioner. Positiv ladning vises i nærheten av katoden overflaten er ikke kompensert negativt ladet macroions R-, siden de kan ikke komme nær overflaten av katoden på grunn av dets størrelse og tilstedeværelse av et positivt ladet ionisk atmosfære (for detaljer se. Beskrivelse av Donnan effekt i vedlegg №1 av den tredje delen av artikkelen). Således grenselaget av en løsning direkte i kontakt med katodeoverflaten har en positiv ladning. Som et resultat av en elektrostatisk induksjon på katodeoverflaten, sammenhengende med løsningen, er det en negativ ladning av lednings elektroner. dvs. på grenseflaten mellom katodeoverflaten og DES oppløsning finner sted. Område for DES skyver elektroner fra katoden - til løsningen.

Tilsvarende, på anoden (2, fig. 1), det grensesjikt av oppløsningen i anodekammeret (4, fig. 1) direkte i kontakt med anodeoverflaten har en negativ ladning, og på anodeoverflaten, sammenhengende med løsningen, er det en positiv ladning. dvs. på grenseflaten mellom anodeoverflaten og oppløsningen forekommer også DES. Område for DES skyver elektroner fra oppløsningen - en anode.

Således feltet av DES ved grenseflatene til katoden og anoden med oppløsningen, understøttet termisk oppløsning ionediffusjon er to interne elektriske kilde, som virker i fellesskap med en ekstern kilde, dvs. skyve de negative ladningene i sløyfen mot urviseren.

Dissosiasjon poliosnovaniya polysyrer og fører også til termisk diffusjon gjennom membranen (5, figur 1) H + -ioner fra den katodiske plass -. Til anoden, og OH- ioner fra anoderommet - en katode. Macroion R + og R-polyelektrolytter kan ikke bevege seg gjennom membranen, slik at det fra katoden plass det er et overskudd av negativ ladning, og fra anoderommet - et overskudd av positiv ladning, d.v.s. Det er en annen DPP grunn av Donnan virkning. Således membranen også opptrer på innsiden av den elektromotoriske kraft, som virker i fellesskap med en ekstern varmekilde diffusjon og opprettholdt løsningen av ioner.

I vårt eksempel, kan spenningen over membranen nå 0,83 volt, som dette svarer til en endring i potensialet til standard hydrogenelektroden fra - 0,83 til 0 volt ved overgangen fra det alkaliske medium i anodekammeret til katodekammeret surt miljø. For detaljer, se. I vedlegg №1 av den tredje delen av artikkelen.

emf PKK fra innsiden

Element emf Det forekommer, blant annet i kontakt med halvleder anoden og katoden til de metalldeler som tjener til å koble den ytre spenningskilde. dette emf på grunn av intern PKK. Intern IF ikke skaper, i motsetning til det ytre felt i rommet som omgir kontakt ledere, således Den påvirker ikke bevegelsen av ladde partikler utenfor lederne. Konstruksjon n-halvleder / metall / p-halvleder er tilstrekkelig kjent og anvendes for eksempel et termoelektrisk Peltier-modul. Størrelsen på emf en slik struktur ved romtemperatur, kan nå verdier av størrelsesorden 0,4 til 0,6 Volt [5, s. 459; 2, s. 552]. Felter i kontaktene er rettet på en slik måte at de skyver elektroner mot urviseren i sløyfen, dvs. virker sammen med den ytre kilde. Elektronene øke energinivået i mediet absorberer varmen av Peltier.

Intern IF som oppstår på grunn av diffusjon av elektroner i kontaktområdene for elektrodene og oppløsningen, tvert imot, skyver elektroner i retning med urviseren i sløyfen. dvs. bevegelse av elektroner i elementet mot urviseren i disse kontaktene må allokeres Peltier varme. men fordi overføring av elektroner fra katoden i oppløsningen og av oppløsningen i anode nødvendigvis ledsaget av en endoterm reaksjon produksjon av hydrogen og oksygen, blir varmen av Peltier ikke frigjort i mediet, og er for å redusere den endoterme effekt, d.v.s. som "konservert" i entalpi for dannelse av hydrogen og oksygen. For detaljer, se. I vedlegg №2 den tredje delen av artikkelen.

bærere (elektroner og ioner) beveger seg i elementkrets ikke lukkede baner, er ingen ladning i elementet ikke beveger seg i en lukket krets. Hver elektron anode oppnådd fra oppløsning (i løpet av oksydasjonen av OH- ioner til oksygenmolekylene), og føres gjennom en ytre krets til katoden, fordampes sammen med hydrogen molekyler (i ferd med gjenvinning av ioner H +). Tilsvarende ioner OH- og H + ikke beveger seg i et lukket kretsløp, men bare til den tilsvarende elektrode, og deretter fordampe i form av molekylært hydrogen og oksygen. dvs. og de ioner og elektroner som hver beveger seg i sitt miljø i det akselererende felt av DES, og i slutten av banen, når de når overflaten av elektroden er kombinert i molekylet, omdannelse av den hele lagrede energi - energien av en kjemisk binding, og ut av sløyfen!

Alle de interne kilder til EMF Element, redusere kostnader ekstern kilde for vannelektrolyse. Således blir varme til den omgivende absorberende elementer under sin drift for å opprettholde diffusjon av DES, er å redusere kostnadene for den eksterne kilden, dvs. Det øker den elektrolysen effektivitet.

Elektrolyse av vann uten noen ekstern kilde.

I går gjennom de prosesser som opptrer i elementet vist i fig. 1, er en ytre kilde parametere ikke tatt hensyn til. Anta at den indre motstand er lik Rd og en spenning på 0. Det Evnesh Element elektroder er kortsluttet til en passiv last (se fig. 5). I dette tilfellet, retningen og størrelsen av DES felt som oppstår ved grenseflaten i elementene forblir den samme.

Fig. 5. I stedet Evnesh (fig. 1) omfattende passive lasten RL.

Bestemme betingelsene for spontan strømmen i dette element. Endring av Gibbs potensial, i henhold til formelen (1) i vedlegg №1 av den tredje del av artikkelen:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

Hvis P> Δ H + Q mod mod = 284,5 til 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molekyl)

den Δ G arr <0 og spontane prosess er mulig.

Vi vil vurdere ytterligere at elementene hydrogenutviklende reaksjonen finner sted i et surt medium (elektrodepotensial på 0 volt), og oksygen i en alkalisk (elektrodepotensial på 0,4 volt). Slike elektrodepotensialer gir en membran (5, fig. 5), vil spenningen ved hvilken dette bør være 0,83 volt. dvs. den energi som er nødvendig for dannelsen av hydrogen og oksygen blir redusert ved 0,83 (eV / molekyl). Da tilstanden til muligheten for spontan prosess vil:

P> 1,23 til 0,83 = 0,4 (eV / molekyl) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Vi finner at energibarrieren av hydrogen- og oksygenmolekyler kan unngås og uten å bruke en ekstern spenningskilde. dvs. selv ved n = 0,4 (eV / molekyl), d.v.s. når den indre elektrode HPDC 0,4 volt, vil elementet være i en tilstand av dynamisk likevekt, og en hvilken som helst (selv små) endring av balanseforholdene vil føre til at strømmen i kretsen.

En annen hindring for reaksjonene på elektrodene er aktiveringsenergien, men det elimineres ved tunneleffekten, som oppstår på grunn av den lille av gapet mellom elektrodene og løsningen [7, s. 147-149].

Således, på basis av energibetraktninger, konkluderer vi med at spontan strøm i elementet som er vist i fig. 5, er det mulig. Men hva fysisk årsaker kan forårsake dette gjeldende? Disse grunnene er listet nedenfor:

1. Sannsynligheten for overgangen av elektroner fra katoden i oppløsningen er høyere enn sannsynligheten for overgang fra anoden i løsningen, siden n-halvleder katode har en masse av frie elektroner med et høyt energinivå, og p-halvleder anode - bare "hull", og disse "hull" er ved et energinivå under katodens elektroner;

2. Membranen er understøttet i katoderommet av et surt miljø, og i anode - alkalisk. I tilfelle av inerte elektroder, fører dette til det faktum at en katode elektrodepotensial blir større enn anoden. Følgelig må elektronene bevege seg gjennom en ytre krets fra anoden til katoden;

3. Det overflateladningen av polyelektrolytten løsninger som oppstår på grunn av Donnan virkning skaper ved elektrode / løsning felt slik at feltet ved katoden fremmer elektron utbytte fra katoden i løsningen, og feltet ved anoden - elektron inntreden i anoden fra oppløsningen;

4. balanse forover og bakover reaksjoner ved elektrodene (utvekslings strømmer) er forspent mot H + -ioner direkte reduksjons reaksjoner ved katoden og oksydasjon av OH-ioner ved anoden, siden de er ledsaget av dannelsen av gass (H2 og O2) er i stand til lett å forlate reaksjonssonen (Le Chateliers prinsipp).

Eksperimenter.

For kvantitativ bedømmelse av spenningen over lasten ved Donnan-effekten, ble et eksperiment utført hvor katodeelementet besto av det aktiverte carbon med den ytre grafittelektrode og en anode - en blanding av aktivert karbon og anionharpiks AB-17-8 med den ytre grafittelektrode. Elektrolytt - vandig NaOH-løsning, anode- og katode-områdene er adskilt ved hjelp av en syntetisk filt. På åpne ytre elektroder av dette element hadde en spenning på omkring 50 mV. Når den er koblet til et element av den ytre belastning 10 ohm fast strømstyrke på omkring 500 mikroampere. Når den omgivende temperatur øker fra 20 til 30 0C spenning til den ytre elektrode økes til 54 mV. Økning av spenningen ved den omgivende temperatur bekrefter at kilden for emf er diffusjon, d.v.s. termisk bevegelse av partiklene.

For kvantitativ bedømmelse av spenningen over lasten fra den indre HPDC metall / halvleder eksperiment ble utført hvor cellen katoden består av syntetisk grafittpulver med den ytre grafittelektrode og en anode - et pulver av borkarbid (B4C, p-halvleder) med den ytre grafittelektrode. Elektrolytt - vandig NaOH-løsning, anode- og katode-områdene er adskilt ved hjelp av en syntetisk filt. På åpne ytre elektroder av elementet spenningen var omtrent 150 mV. Ved tilkopling av ytre belastning til elementet 50 kOhm spenningen falt til 35 mV., En slik sterk spenningsfall på grunn av lav egen borkarbid og, som et resultat av en høy indre motstand Element. Investigation spenning i forhold til temperatur for et element av en slik struktur er ikke utført. Dette skyldes det faktum at, for en halvleder, avhengig av dens kjemiske sammensetning, dopingsgrad og andre egenskaper, temperaturendring på forskjellige måter kan påvirke dens Ferminivå. dvs. Temperaturen effekt på emf Element (økning eller reduksjon), i dette tilfellet er avhengig av materialene som brukes, slik at dette ikke er en indikasjon eksperiment.

Ved dette punkt fortsetter det annet eksperiment hvori celle katoden er laget av en blanding av aktivert karbon-pulver og KU-2-8 med den ytre rustfrie stålelektrode og anoden fra en blanding av aktivert karbon-pulver og anionharpiks AB-17-8 til den ytre elektroden rustfritt stål. Elektrolytt - vandig løsning av NaCl, anode- og katoderommene er adskilt av en syntetisk filt. Eksterne elektroder av dette elementet med oktober 2011 er i stand til å kortslutte den passive amperemeter. Nåværende som viser et amperemeter, om en dag etter tur, gikk ned med 1 mA - opp til 100 MKA (som er tilsynelatende på grunn av polarisering av elektrodene), og siden da mer enn et år, endres ikke.

I praktiske forsøk som er beskrevet ovenfor i forbindelse med de mer effektive materialer utilgjengelighet oppnådde resultater vesentlig lavere enn teoretisk mulig. I tillegg være klar over at en del av den totale interne emf Element alltid forbrukes for å opprettholde reaksjonen elektroden (produksjon av hydrogen og oksygen) og kan ikke måles i den ytre krets.

Konklusjon.

Oppsummering, kan vi konkludere med at naturen tillater oss å konvertere termisk energi til nyttig energi eller arbeid, samtidig som de bruker en "varmeovn" miljø og ikke ha en "kjøleskap". Således Donnan effekt og indre IF omdannes termisk energi av de ladde partiklene i det elektrisk feltenergi DEL som den endotermiske reaksjonsvarme som blir omdannet til kjemisk energi.

Betraktet kontaktelement forbruker varme fra mediet og vann, og tildeler elektrisk kraft, hydrogen og oksygen! Videre er prosessen av energiforbruk og anvendelse av hydrogen som brennstoff, og vannet returnerer tilbake til varmemediet!

Del 3 i vedlegget.

Denne delen er nærmere omtalt Donnan likevekt virkning, i krysset av det indre høytrykkspresstøpt metall / halvleder Peltier og varme på redoks-reaksjoner og elektrodepotensialer i elementet.

Donnan potensial (Appendix №1)

Betrakt mekanismen for forekomst av Donnan potensialet for polyelektrolytt. Etter dissosiasjon polyelektrolytt motion begynne sine små, ved diffusjon, slik at volumet opptatt av makromolekylet. Retnings diffusjon av motioner av små volum polyelektrolytt-makromolekyler i oppløsningsmidlet er på grunn av øket konsentrasjon i hoveddelen av den makromolekyl, sammenlignet med resten av oppløsningen. Videre, hvis, for eksempel, små motioner er negativt ladet, dette resulterer i at den indre delen av makromolekylet er positivt ladet, og løsningen er i umiddelbar nærhet til volumet av makromolekylet - negativ. dvs. rundt en positivt ladet macroion volum, er det en slags "ion atmosfære" av de små motionene - negativt ladet. Terminerings ionisk atmosfære ladning vekst skjer når det elektrostatiske felt mellom den ion volum macroion atmosfære og balanserer den termiske diffusjon av små motioner. Den resulterende likevektspotensialforskjellen mellom atmosfæren og de ioniske macroions er Donnan potensial. Donnan potensial er også referert til som membranpotensialet, fordi en lignende situasjon opptrer på en semipermeabel membran, for eksempel når det separerer elektrolyttoppløsning, som har ioner av to typer - som er i stand og ikke er istand til å passere derigjennom av det rene oppløsningsmiddel.

Donnan potensial kan betraktes som et begrensende tilfelle av diffusjon potensial, når mobiliteten av en av de ioner (i dette tilfellet macroion) er null. Deretter, i henhold til [1, s. 535], tar ansvar for telleren lik en:

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

Ed - Donnan potensial;

R - universelle gasskonstanten;

T - termodynamisk temperatur;

F - Faraday konstant;

a1, a2 - counter-aktivitet i kontakt faser.

I dette element, hvor membranen separerer poliosnovaniya oppløsninger (pH = Lg en 1 = 14) og flerverdig syre (pH = Lg en 2 = 0), Donnan potensialet over membranen ved værelsestemperatur (T = 300 K 0) ville være:

E d = (RT / F) (Lg en 1 - Lg 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500) * (14 - 0) * Ln (10) = 0,83 volt

Donnan potensiell økning i direkte forhold til temperaturen. For diffusjon av den elektrokjemiske celle Peltier varme er den eneste kilde for produksjon av nyttig arbeid, er det ikke overraskende at slike elementer emf øker med økende temperatur. I diffusjon celle for produksjon av arbeid, er Peltier varme alltid tatt fra omgivelsene. Når strøm flyter gjennom EDL dannede Donnan virkning, i en retning som faller sammen med den positive retning av feltet av DES (dvs. når feltet DES utfører positivt arbeid), varme absorberes fra omgivelsene for fremstilling av dette papiret.

Men diffusjonen element en kontinuerlig og ensrettet endring i ione-konsentrasjonen, noe som til slutt fører til utjevning av konsentrasjonen og stoppe rettet diffusjon, i motsetning til likevekt Donnan, karakterisert ved at, i et tilfelle lekkasjer kvasistatisk strømmer ionekonsentrasjon, en gang etter å ha nådd en viss verdi, forblir uendret .

Fig. 2 viser et diagram av de redoks-potensialet i reaksjoner av hydrogen og oksygen ved endring av oppløsningens surhet. Figuren viser at elektrodepotensialet av oksygendannelsesreaksjonen i fravær av OH-ioner (1,23 volt i et surt miljø) er forskjellig fra det samme potensial i høy konsentrasjon (0,4 volt i et alkalisk medium) ved 0,83 volt. Tilsvarende elektrodepotensialet av hydrogen-dannende reaksjon i fravær av H + (-0.83 volt i alkalisk medium) er forskjellig fra det samme potensial i høy konsentrasjon (0 V i et surt medium), også ved 0,83 volt [4. 66-67]. dvs. tydelig at 0,83 volt er nødvendig for å oppnå en høy konsentrasjon av vann i de respektive ioner. Dette betyr at 0,83 volt er nødvendig for en masse av nøytral dissosiasjon av vannmolekyler inn i H + og OH ioner. Dermed, hvis membranen er understøttet i vår Element katoderommet surt medium og i et alkalisk anodisk, kan den spenning som nå sine DEL 0,83 volt, noe som er i god overensstemmelse med de teoretiske beregningene presentert tidligere. Denne spenning gir en høy ledningsevne plass DES membran av vann dissosiasjon til ioner i den.

Fig. 2. Diagram redox-reaksjonspotensialer

dekomponering av vann, og H + -ioner og OH ~ til hydrogen og oksygen.

IF og Peltier varme (Vedlegg №2)

"Årsaken til Peltier-effekten er at den gjennomsnittlige energi av ladningsbærere (for bestemthet elektroner) som er involvert i den elektriske ledningsevne i forskjellige ledere av forskjellig ... I overgangen fra den ene leder til et annet elektron eller overføre overskuddsstrømnett eller supplere en mangel på energi for egen regning (avhengig av strømretning).

Fig. 3. Peltier-effekten på kontakt metall og halvleder-n-: ԐF - Fermi-nivå; ԐC - i bunnen av ledningsbåndet av halvleder; ԐV - valensbånd; I - positiv strømretning; sirkler med piler vist skjematisk elektroner.

I det første tilfellet nær kontakt slippes, og den andre - den såkalte absorbert .. Peltier varme. For eksempel, på kontakthalvleder - metall (figur 3) energi til elektronene som passerer fra det n-type halvleder-til-metall (venstre kontakt) er betydelig høyere enn den Fermienergien ԐF. Derfor er de krenker den termiske likevekt i metallet. Likevekt er gjenopprettet som et resultat av kollisjoner, i hvilken termalisert elektroner, slik at overskuddsenergi krystallinsk. gitter. Halvledermetall (høyre touch) kan passere bare de mest energetiske elektroner, slik at elektrongass i metallet avkjøles. Ved gjenopprettelse av likevekten fordeling av svingningsenergien som forbrukes gitter "[2, s. 552].

For å kontakte den metall / p-halvleder situasjon er lik. fordi p-ledende halvleder hullene gir dets valens band som er under Fermi-nivået, da kontakten blir avkjølt, i hvilket elektronene flyter fra den p-halvleder til metallet. Peltier varme frigis eller absorberes av kontakten mellom to ledere, på grunn av fremstilling av negative eller positive av det indre IF.

Inkludert i den venstre kontaktspalte (fig. 3), på hvilken den Peltier varme fordeling, en elektrolysecelle, for eksempel vandig NaOH-løsning (figur 4) og metallhalvleder og n-la det være kjemisk inert.

Fig. 4. Den venstre kontakt n-halvleder, og metall er åpent og plassert i åpningen av elektrolyttoppløsningen. Betegnelser er de samme som i fig. 3.

Fordi, når strømmen flyter «jeg», halvleder av n-elektroner i høyere energi ankommer løsning enn å komme ut av oppløsning i metallet, må denne overskuddsenergi (varme av Peltier) står i cellen.

Strømmen gjennom cellen kan være bare et tilfelle lekkasjer deri elektrokjemiske reaksjoner. Hvis den eksoterme reaksjon i cellen, er den Peltier varmen som frigjøres i cellen, så mer hun har ingen steder å gå. Hvis reaksjonen i cellen - endoterm, er det Peltier varmen helt eller delvis å kompensere for den endoterme effekt, dvs. for å danne et reaksjonsprodukt. I dette eksempelet er den totale cellereaksjon: 2H2O → 2H2 + O2 ↑ ↑ - endoterme, slik at den varme (energi) av Peltier er å skape molekyler og H2 O2, er dannet på elektrodene. Dermed får vi at varmen av Peltier valgt i medium i riktig n-kontakt halvleder / metall ikke blir sluppet ut i omgivelsene, og lagres i form av kjemisk energi av hydrogen- og oksygenmolekyler. Det er klart at driften av den ytre spenningskilde forbrukt for elektrolyse av vann, i dette tilfellet være mindre enn i tilfellet av identiske elektroder, forårsaker ingen forekomst av Peltier-effekten ..

Uavhengig av egenskapene til elektrodene, kan elektrolysecellen i seg selv absorberer eller genererer varme når de passerer gjennom Peltier strøm dertil. De kvasi-statiske betingelser, spenningsendringen av Gibbs-celler [4, s. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, der

Δ H - entalpiendringen i cellen;

T - termodynamisk temperatur;

Δ S - endring i entropi av cellen;

Q = - T Δ S - heten av Peltier cellen.

For en hydrogen-oksygen elektrokjemisk celle ved T = 298 (K), er endringen i entalpi ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], endringen i Gibbs potensialet [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96 485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), der

z - antallet elektroner pr molekyl;

F - Faraday konstant;

E - emf celle.

derfor

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

dvs. hydrogen-oksygen elektrokjemisk celle genererer varme i Peltier-miljø, samtidig som den forbedrer dens entropi og senke dens. Deretter, i den inverse prosessen, ved elektrolyse av vann, noe som er tilfelle i vårt eksempel, Peltier varme Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) av elektrolytten vil absorberes fra omgivelsene.

Betegne P - Peltier varmen som tas fra omgivelsene i den høyre n-kontakt halvleder / metall. Varmen P> 0 må stå i cellen, men fordi spalting av vann i cellen endoterme reaksjonen (Δ H> 0), er det Peltier varme P for å kompensere for den termiske virkning av reaksjonen:

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

Mod Q er kun avhengig av sammensetningen av elektrolytten, ettersom Det er et karakteristisk trekk ved elektrolysecellen med inerte elektroder, og n er avhengig kun av elektrodematerialer.

Ligning (1) viser at varme av Peltier P og Peltier varme mod Q, er fremstillingen av brukbart arbeid. dvs. Peltier varmen tatt bort fra mediet reduserer kostnadene til en ekstern strømkilde som kreves for elektrolysen. En situasjon hvor varmemediet er en kilde til energi for produksjon av nyttig arbeid, er karakteristisk for diffusjon, så vel som for mange elektrokjemiske celler, er eksempler på slike elementer er vist i [3, s. 248-249].

referanser

1. Gerasimov Ya. I. løpet av fysikalsk kjemi. Tutorial: For universiteter. V 2 t. T.II. - 2. utg .. - M:. Chemistry, Moskva, 1973. - 624 s.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier-effekten. // Fysisk leksikon. I 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. telle. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov og andre - M:.. Stor russisk Encyclopedia, 1992. - 672 s. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. I 2 bøker. Vol. 1. strukturen i saken. Termodynamikk: Proc. for videregående skoler; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Høyere. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. I 2 bøker. Vol. 2. Elektro. Kjemisk kinetikk og katalyse: Proc. for videregående skoler; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Høyere. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV generell løpet av fysikk. Tutorial: For universiteter. I 5 m. T.III. Elektrisitet. - fjerde ed, stereotypier .. - M: FIZMATLIT;. Publisering hus MIPT, 2004. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Fysikalsk kjemi av polymerer. - M:. Chemistry, Moskva, 1968. - 536 s.
7. Vetter K. Elektrokinetikk, oversatt fra tysk språk med forfatterens endringer i den russiske utgaven, redigert av Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moskva, 1967. - 856 s.
8. P. Atkins Physical Chemistry. I to v. T.I., oversatt fra engelsk av legen av kjemiske fag Butin KP - M.: Mir, Moskva, 1980. - 580 s.