Feumail Obair le teas na h-Àrainneachd

Pàirt 1. Nithean teirmean agus na mìneachaidhean.

Tha electromotive feachd (emf) tha bunaiteach a-muigh an fhorsa achadh cuibhrionn gabhail a-steach an-dràsta ... tùs an gnìomh taobh a-muigh an fhorsa ann an electroplating ceallan aig na crìochan eadar na electrolyte agus an electrodes. Tha iad cuideachd ag obrachadh air a 'chrìoch eadar dà dissimilar meatailtean agus dearbhadh an dòigh conaltraidh a dh'fhaodadh a bhith eadar-dhealachadh therebetween [5, p. 193, 191]. Suim leum potentials air uachdar a h-uile cuairt an earrann a tha co-ionann ris a 'chomas eadar-dhealachadh eadar na ceòladairean, stiùirichean, suidhichte aig an t-sreath cinn, agus an t-electromotive feachd emf stiùiriche cuairt air ... sèine a dhèanamh suas a-mhàin a 'giùlain a' chiad seòrsa a tha co-ionann ris an leum a dh'fhaodadh a bhith eadar a 'chiad agus an stiùiriche mu dheireadh ann dìreach fios a chur thuca (Volta lagh) ... Ma tha ceart an cuairt fosgailte, an emf 'S e seo cuairt neoni. Gus a cheartachadh fosgailte cuairt-stiùiriche, a tha a 'gabhail a-steach co-dhiù aon electrolyte, lagh iomchaidh volts ... Gun teagamh, ach stiùiriche cuairt gabhail a-steach co-dhiù aon stiùiriche an dàrna seòrsa a tha electrochemical ceallan (no slabhraidhean electrochemical eileamaidean) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes tha polymers comasach dissociating a-steach ions ann am fuasgladh, mar sin anns an aon macromolecule, àireamh mhòr de chùrsach cosgaisean ... crosslinked polyelectrolytes (ion exchangers, ion-iomlaid ròiseid) chan eil sgaoileadh,-mhàin suail, fhad 'sa thathar a' gleidheadh an comas dissociate [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate a-steach àicheil macroion agus H + ions canar polyacids agus dissociates a-steach deimhinneach uallach ions agus OH- macroion ghairm poliosnovaniyami.

Donnain equilibrium comas a tha an comas eadar-dhealachadh a tha a 'tachairt aig an ìre chrìoch eadar an dà electrolytes ma' chrìoch seo nach eil a h-uile tron ions. Impermeability crìochan airson cuid ions a dh'fhaodadh a bhith air adhbharachadh, mar eisimpleir, an làthair membranes le glè chumhang pores a tha impassable airson pìosan gu h-àrd meud àraidh. Taghadh permeability de goireasan eadar-aghaidh a 'tachairt agus ma sam bith ions cho làidir ceangailte ri aon de na ceumannan sin ga fàgail san fharsaingeachd nach urrainn. Dìreach ghiùlanas ionic ion iomlaid resins, no ion-iomlaid buidheann stèidhichte homopolar bond ann an Mhoileciuilich chliath no matrix. Am fuasgladh, leithid a bhith a-staigh còmhla ri foirmean Matrices e aon ìre; fuasgladh, suidhichte taobh a-muigh, - an dàrna [7. 77].

Tha an dealain dùbailte filleadh (EDL) a 'tachairt aig an eadar-aghaidh an dà ìre de oppositely a chur fo chasaid sreathan a chaidh a shocrachadh aig àraidh astar o chèile [7. 96].

Peltier buil seo fhèin no chiad sreath teas aig cuiribh fios gu de dhà diofar bhùthan-rèir an stiùireadh dealain an-dràsta a 'sruthadh tro conaltraidh [2, p. 552].

Pàirt 2: A 'cleachdadh an teas mheadhan ann an electrolysis uisge.

Beachdaich air an dòigh a nochdas an cuairt air na electrochemical cealla (hereinafter eileamaid), a chithear ann an schematically Fig. 1, emf tuilleadh air sgàth an taobh a-staigh comas conaltraidh eadar-dhealachadh (PKK) agus a 'bhuaidh Donnain (tuairisgeul goirid air an smior an Donnain bhuaidh, taobh a-staigh co-cheangailte Peltier PKK agus teas a thoirt seachad anns an treas pàirt de artaigil).

Fig. 1. Schematic riochdachadh an electrochemical cealla: 1 - an cathode Tha fios le fuasgladh de 3, an electrochemical lùghdachadh reaction an electrolyte annta a 'tachairt air a h-uachdar, air a dhèanamh de ceimigean inert gu mòr doped n-semiconductor. Pàirt de cathode ga cheangal ri an taobh a-muigh bholtaids tùs, metallized; 2 - an anode Tha fios le fuasgladh de 4, air an uachdar dheth a 'tachairt electrochemical oxidation reaction an electrolyte anions, air a dhèanamh de na ceimigean inert gu mòr doped p-semiconductor. Pàirt de anode ga cheangal ri an taobh a-muigh bholtaids tùs, metallized; 3 - cathode àite, polyelectrolyte fuasgladh, dissociating ann an uisge aig macroion R- àicheil agus deimhinneach uallach counterions beag K + (mar eisimpleir ann an-diugh tha an haidridean ion + H); 4 - anode cùlag polyelectrolyte fuasgladh ann an uisge a-steach dissociating deimhinneach uallach macroion R + is àicheil counterions beag A- (anns an eisimpleir seo e hydroxide ions OH-); 5 - an meamran (diaphragm), a tha gu neo-dhrùidhteach macromolecules (macroion) polyelectrolytes, ach gu tur tron beag counterions K +, A- agus uisge molecules co-roinnte rùm 3 agus 4; Evnesh - an taobh a-muigh bholtaids tùs.

Emf le Donnain bhuaidh

Mar shoilleireachadh, an electrolyte an cathode rùm (. 3, Figear 1) a thaghadh aqueous polyacid fuasgladh (R-+ H), an electrolyte agus an anode cùlag (4, Fig 1.) - aqueous poliosnovaniya (R + OH-). Mar thoradh air dissociation polyacids ann an cathode cùlag, faisg air uachdar na cathode (1, Fig. 1), tha barrachd den H + ions. Deimhinneach os cionn a 'nochdadh ann an nàbachas an cathode uachdar nach eil airgead-dìolaidh àicheil macroions R-, bho nach urrainn iad a 'tighinn faisg air uachdar na cathode air sgàth a mheud agus an làthair a deimhinneach uallach ionic àile (airson tuilleadh fiosrachaidh faic. Tuairisgeul Donnain buaidh ann an Leas-phàipear №1 an treas pàirt de artaigil). Mar sin, a 'chrìoch còmhdach de fuasgladh dìreach ann an conaltradh ris an cathode uachdar tha deagh-asgaidh. Mar thoradh, an electrostatic inntrigidh air an cathode uachdar, dlùth leis a 'fuasgladh, tha àicheil an conduction electrons. ie aig an eadar-aghaidh eadar cathode an uachdar agus Des fuasgladh a 'tachairt. Achaidh na des pushes electrons bho cathode - chun an fhuasglaidh.

An ceudna, air an anode (2, Fig. 1), a 'chrìoch còmhdach de na fhuasgladh ann an anode cùlag (4, Fig. 1) dìreach ann an conaltradh ris an anode uachdar Tha àicheil, agus air an anode uachdar, dlùth leis a' fuasgladh, tha deagh-asgaidh. ie aig an eadar-aghaidh eadar anode an uachdar agus a 'fuasgladh cuideachd a' tachairt des. Achaidh na des pushes electrons bho fuasgladh - a anode.

Mar sin, an achadh des aig nall an cathode agus anode leis a 'fuasgladh, le taic tearmach fuasgladh ion sgaoileadh, tha dà-staigh emf tùs, ag obair ann an cuirm-chiùil leis an taobh a-muigh an tùs, i.e., putadh an àicheil cìsean ann an lùb counterclockwise.

Dissociation poliosnovaniya polyacids agus cuideachd ag adhbhrachadh tearmach sgaoileadh tro na meamran (5, Figear 1). H + ions bho cathodic àite - gus an anode, agus OH- ions bho anode cùlag - a cathode. Macroion R + agus R- polyelectrolytes nach urrainn a 'gluasad tro na meamran, mar sin, bho cathode rùm tha còrr àicheil, agus bho na anodic Space - an còrr deagh asgaidh, i.e., tha DPP eile air sgàth an Donnain buaidh. Mar sin, meamran cuideachd a 'tachairt taobh a-staigh na emf, ag obair ann an cuirm-chiùil leis an taobh a-muigh bun an teas a' sgaoileadh agus a 'cumail a' fuasgladh na ions.

Ann againn, mar eisimpleir, an bholtaids air feadh an meamran urrainn ruighinn 0,83 volts, mar a seo co-ionann ri atharrachadh ann an comas ìre haidridean electrode bho - 0,83 gu 0 volts aig a 'gluasad bho na meadhan saillte ann an anode cùlag an cathode cùlag searbh àrainneachd. Airson fiosrachadh, faic. Ann an Leas-phàipear №1 an treas pàirt de artaigil.

Emf PKK bhon taobh a-staigh

Tha Element emf Tha e a 'tachairt, a' gabhail ann an conaltraidh semiconductor anode agus cathode aca meatailt pàirtean a 'frithealadh a' ceangal taobh a-muigh bholtaids tùs. Tha seo a 'emf air sgàth an taobh a-staigh PKK. In-IF Chan eil chruthachadh, an taca ris an taobh a-muigh an achadh ann an àite mun cuairt conaltraidh ceòladairean, stiùirichean, i.e. Chan eil e a 'toirt buaidh air gluasad uallach pìosan taobh a-muigh an giùlain. Togail n-semiconductor / metal / p-semiconductor tha aithnichte gu leòr agus tha e air a chleachdadh, mar eisimpleir, a thermoelectric Peltier modal. Tha meudachd na emf leithid structair aig an t-seòmar Teòthachd urrainn ruighinn luachan an òrdugh 0.4 - 0.6 Volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Fields ann an caraidean air an stiùireadh ann an leithid de dhòigh agus gu bheil iad a 'putadh electrons counterclockwise san lùib, i.e. achd ann an cuirm-chiùil leis an taobh a-muigh an tùs. Tha electrons àrdachadh lùth-ìre de mheadhan-steach an teas an Peltier.

In-IF ag èirigh air sgàth 'sgaoileadh electrons ann an conaltraidh na raointean electrodes agus am fuasgladh, air a' chaochladh, pushes electrons ann an stiùireadh tuathal na slighe san lùib. ie a 'gluasad ann an electrons Element counterclockwise anns na caraidean feumar riarachadh Peltier teas. ach a chionn a 'gluasad electrons bho cathode a-steach am fuasgladh agus a' fuasgladh ann an anode tha an còmhnaidh a cois endothermic reaction gineadh haidridean agus ogsaidean, an teas an Peltier nach eil a leigeil a-steach dhan mheadhan, agus tha e a 'lùghdachadh an endothermic bhuaidh, i.e. mar "ghleidheadh" ann an enthalpy de cruthachadh haidridean agus ogsaidean. Airson fiosrachadh, faic. Ann an Leas-phàipear №2 an treas pàirt de artaigil.

giùlan (electrons agus ions) a 'gluasad ann an cuairt Element eil frith-rathaidean dùinte, gun chosgais ann an eileamaid nach eil a' gluasad ann an cuairt dùinte. Tha gach electron anode fhaighinn bho fuasgladh (ann an cùrsa oxidation de OH- ions gu ocsaidean molecules), agus troimh an taobh a-muigh air cuairt gu cathode, tha volatilized còmhla ri haidridean molecules (anns a 'phròiseas ath-bheothachadh de ions + H). Coltach ions OH- agus H + nach eil a 'gluasad ann an cuairt dùinte, ach a-mhàin ris a' bhileig electrode, agus an uair sin evaporate ann an riochd Mhoileciuilich haidridean agus ogsaidean. ie agus an ions agus electrons gach gluasad ann an àrainneachd ann an dian-achadh des, agus deireadh an t-slighe, 'nuair a ruig iad uachdar na electrode an toirt còmhla ann an moileciuil sa chruinne, atharrachadh air fad a stòradh lùth - lùth de ceimigeach bond, agus a-mach an lùib!

A h-uile taobh a-staigh stòran emf Element, cosgaisean a lùghdachadh taobh a-muigh an tùs uisge electrolysis. Mar sin, an teas an Ambient sùghadh a-steach eileamaidean rè a 'obrachadh a chumail a sgaoileadh Des, a tha a' lùghdachadh na cosgais an taobh a-muigh an tùs, i.e., Tha e a 'meudachadh èifeachdas electrolysis.

Electrolysis uisge gun sam bith taobh a-muigh an tùs.

Ann an ath-bhreithneachadh air na pròiseasan a 'tachairt ann an eileamaid a shealltainn ann an Fig. 1, an taobh a-muigh crìochan an tùs nach 'eil suim a ghabhail. Creidsinn gu bheil an taobh a-staigh an aghaidh co-ionann ris RD agus bholtaids de 0. sin Evnesh Element electrodes tha shorted gu fulangach luchd (faic Fig. 5). Anns a 'chùis seo, a' stiùireadh agus meudachd des achaidhean ag èirigh aig an eadar-aghaidh anns na h-eileamaidean a 'fuireach an aon rud.

Fig. 5. An àite sin Evnesh (Fig. 1) fulangach gabhail a-steach luchd RL.

Obraich a-mach na cumhaichean gun ullachadh làithreach sruth ann an eileamaid seo. Ag atharrachadh comas Gibbs, a rèir foirmle (1) de Leas-phàipear №1 an treas pàirt de artaigil:

Δ Ma arr = (Δ H arr - n) + Q Mhòd

Ma P> Δ H + Q Mòd Mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (kJ / mol) = 1.23 (eV / moileciuil sa chruinne-)

an Δ Ma arr <0 agus pròiseas nàdarra a tha e comasach.

Beachdaichidh sinn air an tuilleadh a eileamaidean haidridean ghinealach reaction a 'tachairt ann an foghlam tro mheadhan na searbh (electrode comas 0 volts), agus ogsaidean ann an salann (electrode comas 0.4 volts). A leithid electrode potentials a 'toirt meamran (5, Fig. 5), aig an bholtaids a tha seo a bu chòir a bhith 0,83 volts. ie an lùth a dhìth airson a 'cruthachadh haidridean agus ogsaidean a lùghdachadh le bhith a' 0.83 (eV / moileciuil sa chruinne-). Sin an staid do chomasachd gun ullachadh Bidh am pròiseas:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (eV / moileciuil sa chruinne-) = 77.2 (kJ / mol) (2)

Sinn a 'faighinn gu bheil an lùth-starra an haidridean agus ogsaidean molecules ghabhadh seachnadh agus gun a bhith a' cleachdadh an taobh a-muigh bholtaids tùs. ie eadhon aig n = 0.4 (eV / moileciuil sa chruinne-), i.e. nuair a tha an taobh a-staigh electrode HPDC 0.4 volts, eileamaid a bhios ann an staid fiùghantach equilibrium, agus sam bith (fiù 's beaga) atharrachadh an cothromachadh na h bheir an-dràsta ann an cuairt.

Eile a bhacadh gu iom- aig electrodes 'S e lùth cur thuige, ach tha e air a chur às leis an tunail a' bhuaidh, ag èirigh mar thoradh air an smallness na beàrn eadar an electrodes agus a 'fuasgladh [7, p. 147-149].

Mar sin, air bunait cumhachd beachdachaidhean, tha sinn a 'co-dhùnadh gun ullachadh làithreach an eileamaid a shealltainn ann an Fig. 5, tha e comasach. Ach dè corporra adhbharan faodaidh seo an-dràsta? Adhbharan sin a tha air an liostadh gu h-ìosal:

1. Tha coltachd gluasaid de electrons bho cathode a-steach am fuasgladh nas àirde na an coltachd a 'gluasad bho na anode a-steach am fuasgladh, bho n-semiconductor cathode tha tòrr an-asgaidh electrons le àrd ìre lùth, agus a 'p-semiconductor anode --mhàin "tuill," agus na "tuill" a tha ann an lùth-ìre gu h-ìosal a' cathode electrons;

2. Tha meamran a 'faighinn taic ann an rùm cathode de searbh àrainneachd, agus ann an anode - saillte. Ann an cùis inert electrodes, tha seo a 'dol gu bheil a cathode electrode a dh'fhaodadh a bhith a' fàs nas motha na anode. Mar sin, feumaidh electrons 'gluasad tro taobh a-muigh air cuairt bho anode gu cathode;

3. Tha an uachdar os cionn na polyelectrolyte fuasglaidhean a dh'èireas air sgàth an Donnain bhuaidh, a 'cruthachadh aig an electrode / fuasgladh achadh leithid a' mhachair aig an cathode brosnachadh electron toradh bho cathode a-steach am fuasgladh, agus a 'mhachair aig an anode - electron a-steach dhan anode bho fuasgladh;

4. cothromachadh stad a chur air adhart agus ath-bhualaidhean aig electrodes (iomlaid sruthan) a 'claonadh a dh'ionnsaigh H + ions dìreach lùghdachadh bhualaidhean aig cathode agus oxidation de OH- ions aig anode, bho tha iad air an cois cruthachadh gas (H2 agus O2) comasach air furasta fàgail reaction sòn (Le Chatelier aig Prionnsapal).

Deuchainnean.

Airson cainneachdail measadh an bholtaids feadh an t-eallach leis a 'Donnain bhuaidh, an deuchainn a thaisbeanadh anns a bheil am cathode Element a dhèanamh suas de ghnìomhachadh carbon le muigh graphite electrode agus an anode - measgachadh de ghnìomhachadh carbon agus anion ròiseid AB-17-8 ris an muigh graphite electrode. Electrolyte - aqueous NaOH fuasgladh, anode agus cathode àiteachan air an dealachadh le co-fhaireachdainn. Air taobh a-muigh fosgailte electrodes den eileamaid seo bha bholtaids mu 50 MV. Nuair a bhios co-cheangailte ri eileamaid de luchd-muigh 10 ohm stèidhichte an-dràsta de mu 500 microamps. Nuair a Ambient Teòthachd àrdachadh bho 20 gu 30 0C bholtaids a-muigh electrode suas gu 54 MV. Cur an bholtaids aig Ambient Teòthachd daingneachadh gu bheil na thobar emf 'S e sgaoileadh, i.e. tearmach gluasad de na pìosan.

Airson cainneachdail measadh an bholtaids air feadh an luchd bhon taobh a-staigh HPDC metal / semiconductor deuchainn a dhèanamh anns a 'chill cathode a dhèanamh suas de fuadain graphite fùdair le muigh graphite electrode agus an anode - a pùdar de boron carbide (B4C, p-semiconductor) le muigh graphite electrode. Electrolyte - aqueous NaOH fuasgladh, anode agus cathode àiteachan air an dealachadh le co-fhaireachdainn. Air taobh a-muigh fosgailte electrodes an eileamaid bholtaids a bha mu 150 MV. Nuair ceangal taobh a-muigh gus luchd an eileamaid 50 kOhm bholtaids tuiteam gu 35 MV., Leithid làidir bholtaids tuiteam air sgàth cho beag ghnèitheach boron carbide agus, mar thoradh air, àrd-staigh aghaidh Element. Rannsachadh bholtaids aghaidh teòthachd airson eileamaid de leithid structar nach eil a dhèanamh. Tha seo air sgàth gu bheil, airson semiconductor, a rèir a stuthan ceimigeach buill, ceum de mealltachd dhrogaichean agus togalaichean eile, an teòthachd atharrachadh ann an dòighean eadar-dhealaichte air buaidh a thoirt a Dùin ìre. ie Teòthachd buaidh air emf Element (meudachadh no a 'lùghdachadh), sa chùis seo an crochadh air na stuthan a chleachdadh, mar sin, chan e seo comharra deuchainn.

Aig an ìre seo tha e a 'leantainn eile fheuchainn ann a cealla cathode a dhèanamh de measgachadh de ghnìomhachadh carbon agus Pùdar KU-2-8 le muigh stàilinn electrode agus an anode bho measgachadh de ghnìomhachadh carbon agus Pùdar anion ròiseid AB-17-8 ris an taobh a-muigh electrode bho stàilinn. Electrolyte - aqueous fuasgladh de NaCl, an anode agus cathode àiteachan air an dealachadh le fuadain a 'faireachdainn. Taobh a-muigh electrodes den eileamaid seo le Dàmhair 2011 a tha comasach air a 'gheàrr-cuairt an fulangach ammeter. An-dràsta a tha a 'sealltainn an ammeter, mu latha an dèidh tionndadh, sìos 1 MA - suas ri 100 mkA (a tha a rèir coltais air sgàth an polarization an electrodes), agus bhon uair sin tha còrr is bliadhna chan eil atharrachadh.

Ann an deuchainnean prataigeach a mhìneachadh gu h-àrd ann an co-cheangal ri na stuthan nas èifeachdaiche a bhith doirbh faighinn fhaighinn toraidhean mòr nas ìsle na theoretically ghabhas. A thuilleadh air sin, a bhith mothachail air a 'phàirt den iomlan taobh a-staigh emf Element daonnan loisg airson cumail suas a 'electrode reaction (a' dèanamh haidridean agus ogsaidean) agus chan urrainn a bhith air a thomhas ann an taobh a-muigh cuairt.

Co-dhùnadh.

-Dhùnadh, faodaidh sinn a cho-dhùnadh gu bheil nàdar a 'toirt cothrom dhuinn iompachadh chumhachd teas a-steach lùth feumail no obair, fhad' sa bha a 'cleachdadh mar "teasadair" àrainneachd agus nach robh a "frids." Mar so Donnain buaidh agus taobh a-staigh IF iompachadh chumhachd teas na pìosan fo chasaid ann an uisge achadh lùth DEL mar an endothermic reaction teas a tha air atharrachadh gu lùth ceimigeach.

Bheachdaich conaltraidh eileamaid ithe teas bho mheadhan agus uisge, agus a 'riarachadh cumhachd an dealain, haidridean agus ocsaidean a th'ann! Os bàrr, a 'phròiseas a thaobh caitheamh cumhachd agus cleachdadh na haidridean mar chonnadh, agus an t-uisge a' tilleadh air ais chun an teas mheadhan!

Pàirt 3 de Leas-phàipear.

'Phàirt seo deasbad tuilleadh Donnain equilibrium bhuaidh, aig comar an taobh a-staigh HPDC metal / semiconductor agus Peltier teas air redox bhualaidhean agus electrode potentials an eileamaid.

Donnain comas (Pàipear-taice №1)

Beachdaich air an dòigh a nochdas Donnain comas airson polyelectrolyte. An dèidh dissociation polyelectrolyte counterions tòiseachadh air a chuid beag, le bhith a 'sgaoileadh, a' fàgail an leabhar a ghabhail thairis le macromolecule. Stiùiridh sgaoileadh counterions beaga leabhar polyelectrolyte macromolecules ann an solvent e ri linn barrachd mhòr anns a 'mhòr-chuid de na macromolecule mar an coimeas ris a' chòrr den fhuasglaidh. Nas fhaide, ma tha, mar eisimpleir, beag counterions tha àicheil, tha seo anns a-staigh cuibhrionn an macromolecule tha deimhinneach chasaid, agus fuasgladh dìreach ri an taobh a-lìonaidh na macromolecule - àicheil. ie timcheall deimhinneach uallach macroion leabhar, tha seòrsa de "ion àile" beag counter-ions - àicheil. Crìoch ionic àile fàs os cionn a 'tachairt nuair a electrostatic achadh eadar an ion-lìonaidh macroion àile agus cothromachadh an tearmach sgaoileadh beag counterions. Tha an equilibrium a dh'fhaodadh a bhith eadar-dhealachadh eadar an àile agus an ionic macroions tha Donnain comas. Donnain a dh'fhaodadh a bhith air ainmeachadh cuideachd mar meamran a dh'fhaodadh a bhith, oir coltach ri suidheachadh a 'tachairt air semipermeable meamran, mar eisimpleir, nuair a tha e a' sgaradh an electrolyte fuasgladh a bheil ions de dhà sheòrsa - comasach agus nach comasach dol seachad therethrough na fìor-ghlan solvent.

Donnain comas faodar beachdachadh air mar bacaidh chùis a 'sgaoileadh comas,' nuair a gluasaid aon de na ions (sa chùis seo macroion) 'S e neoni. An uair sin, a rèir [1, p. 535], a 'gabhail os cionn an aghaidh co-ionann ri aon:

S = d (RT / F) rapal ( A1 / A2), far a bheil

Ed - Donnain comas;

R - choitcheann gas cunbhalach;

T - thermodynamic Teòthachd;

F - Faraday cunbhalach;

a1, A2 - counter-gnìomhachd ann an ìrean conaltraidh.

Anns an bhall, anns an meamran sgaradh poliosnovaniya fuasglaidhean (pH = LG a 1 = 14) agus polyacid (pH = LG a 2 = 0), Donnain a dh'fhaodadh a bhith air feadh an t-seòmar aig meamran Teòthachd (T = 300 0 K) Bhiodh:

S = d (RT / F) (LG a 1 - LG a 2) rapal (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * rapal (10) = 0.83 Volts

Donnain comas àrdachadh ann an co-rèir dìreach gu Teòthachd. Airson sgaoileadh nan electrochemical cealla Peltier teas S e an aon thobar airson a 'dèanamh obair feumail, chan eil e na iongnadh gu bheil a leithid eileamaidean emf a 'meudachadh le meudachadh Teòthachd. Anns a sgaoileadh airson cealla a 'dèanamh obair, Peltier teas a tha an-còmhnaidh a thogail bho na h-àrainneachd. Nuair a làithreach a 'sruthadh tro na EDL chruth bhuaidh Donnain, ann an stiùireadh a' coinneachadh le deagh stiùireadh an achadh des (i.e., nuair achaidh a 'coileanadh deagh obair des), Tha teas ghabhail a-steach bho na h-àrainneachd airson a' phàipear seo.

Ach a 'sgaoileadh eileamaid a tha leantainneach agus unidirectional atharrachadh ann an ion dlùth-aire, a tha a' cheann thall a 'dol gu equalization innleachd agus a' stad a stiùireadh sgaoileadh, eu-coltach equilibrium Donnain, anns am bheil, ann an cùis de aoidion quasistatic sruthan ion dùmhlachd, aon uair an dèidh dha a ràinig àraidh luach, fhathast gun atharrachadh .

Fig. 2 diagram a 'sealltainn an redox potentials an ath-bhualaidhean de haidridean agus ogsaidean ag atharrachadh nuair a searbhachd an fhuasglaidh. Tha a 'chairt seo a' sealltainn gu bheil an comas electrode an cruthachadh oxygen-bhualadh ann an àiteigin OH- ions (1.23 volts ann an àrainneachd searbhagach) 'S e eadar-dhealaichte bho na h-aon a dh'fhaodadh a bhith aig àrd dùmhlachd (0.4 volts ann an salann tro mheadhan) aig 0,83 volts. An ceudna, an electrode chomas dèanamh haidridean-bhualadh ann an àiteigin H + (-0.83 volts ann an salann tro mheadhan) 'S e eadar-dhealaichte bho na h-aon a dh'fhaodadh a bhith aig àrd dùmhlachd (0 V ann an searbhag tro mheadhan), cuideachd aig 0,83 volts [4. 66-67]. ie follaiseach gun 0,83 volts a tha a dhìth ann an òrdugh fhaighinn àrd dùmhlachd-uisge ann an fa leth ions. Tha seo a 'ciallachadh gu bheil 0,83 volts a dhìth airson tomad neutral dissociation uisge molecules a-steach H + agus OH- ions. Mar sin, ma tha an meamran a 'faighinn taic ann an ar Element cathode rùm searbh mheadhan agus ann an salann anodic, an bholtaids urrainn a ruighinn DEL 0,83 volts, a tha ann an deagh aonta le teòiridheach àireamhachadh a thoirt na bu tràithe. Tha seo a 'toirt bholtaids àrd conductivity rùm des meamran le uisge dissociation ions a-steach taobh a-staigh e.

Fig. 2. Diagram redox reaction potentials

lobhadh uisge, agus H + ions agus OH- a-steach haidridean agus ogsaidean.

IF agus Peltier teas (Pàipear-taice №2)

"Tha adhbhar a 'Peltier' bhuaidh a tha sin a 'chuibheasachd lùth an-asgaidh-giùlain (airson definiteness electrons) an sàs ann an uisge conductivity ann an diofar giùlain eadar-dhealaichte ... Anns an t-eadar-ghluasad bho aon stiùiriche-a-steach eile electron no thar-chur còrr cumhachd clèithe no leasachadh cion cumhachd aig a' chosgais air (a rèir stiùireadh làithreach).

Fig. 3. Tha Peltier bhuaidh air an cuir fios gu meatailt agus an semiconductor n-: ԐF - Dùin ìre; ԐC - bonn na conduction còmhlan de na semiconductor; ԐV - Valence còmhlan-ciùil; I - deagh stiùireadh làithreach; cearcaill le saighdean a shealltainn schematically electrons.

Anns a 'chiad chùis faisg air a' cheangal a tha leigeil mu sgaoil, agus an dàrna fear - a 'cho-ainm ghabhail a-steach .. Peltier teas. Mar eisimpleir, air a 'cheangal semiconductor - meatailt (Figear 3) neart an electrons a dhol seachad bhon n-seòrsa semiconductor gu meatailt (clì fios thugainn) gu math nas àirde na an Dùin lùth ԐF. Uime sin, tha iad a 'violating tearmach equilibrium ann an meatailt. Equilibrium tha ath-nuadhachadh mar thoradh air tubaistean, anns a bheil thermalized electrons, a 'toirt còrr lùth Crystalline. ghriod. Tha semiconductor meatailt (deas fios thugainn) a 'dol seachad a-mhàin a bu shunndach electrons mar sin, electron gas ann an meatailt cools. Air an ath-nuadhachadh na equilibrium sgaoileadh oscillation lùth a thèid a chaitheamh chliath "[2, p. 552].

Airson fios a chur meatailt / p-semiconductor suidheachadh coltach. Seach p-conductivity semiconductor tuill a thoirt seachad a Valence còmhlan-ciùil a tha gu h-ìosal an Dùin ìre, an sin cuiribh fios gu thèid fuarachadh, ann an electrons a tha a 'sruthadh bho p-semiconductor gu meatailt. Peltier teas a leigeil a-mach no a ghabhail thairis le cuiribh fios gu de dhà ceòladairean, stiùirichean, air sgàth a 'dèanamh deagh àicheil no an taobh a-staigh IF.

A-steach anns an làimh chlì, cuiribh fios gu beàrn (Fig. 3), air a bheil an Peltier teas a riarachadh, an electrolaitigeach cealla, mar eisimpleir, aqueous NaOH fuasgladh (Figear 4) agus meatailt semiconductor agus 'n leig e ceimigean inert.

Fig. 4. Tha an taobh chlì, cuiribh fios gu-n semiconductor agus an meatailt tha e fosgailte agus a chur ann am beàrn de na electrolyte fuasgladh. Sònrachaidhean an aon mar ann Fig. 3.

Oir, nuair a làithreach sruthan «» mi, an semiconductor n-electrons ann an àrd-lùth a 'tighinn fuasgladh na' tighinn a-mach à fuasgladh ann an meatailt, seo còrr cumhachd (teas Peltier) feumaidh a 'seasamh ann an cealla.

An-dràsta tro na roghainnean Faigh a dh'fhaodadh a bhith ann ach cùis aoidion ann electrochemical bhualaidhean. Ma tha an exothermic-bhualadh anns a 'chill, an Peltier Tha teas a leigeil ma sgaoil ann an cealla, mar a barrachd àite a tha aice air a dhol. Ma tha an-bhualadh ann an cealla - endothermic, Peltier an teas a tha gu h-iomlan no ann am pàirt airson cuidhteachadh a 'bhuaidh a endothermic, ie, a chruthachadh reaction bathar. Anns an eisimpleir seo, tha an iomlanachd cealla reaction: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, mar sin, an teas (lùth) de Peltier a chruthachadh molecules agus H2 O2, air an cruthachadh air an electrodes. Mar sin, gum faigh sinn an teas an Peltier a thaghadh ann tro mheadhan air an làimh dheis n-conaltraidh semiconductor / meatailt nach eil e leigeil mu sgaoil dhan àrainneachd, agus tha e air a stòradh ann an riochd lùth ceimigeach de haidridean agus ogsaidean molecules. Gun teagamh, air obrachadh taobh a-muigh bholtaids an tùs ga chaitheamh airson an electrolysis uisge, sa chùis seo a bhios nas lugha na ann an cùis-ionann electrodes, ag adhbharachadh nach eil a 'tachairt an Peltier bhuaidh ..

Ge be dè an feartan an electrodes, an electrolaitigeach cealla fhèin sùghaidh ghineadh no teas an uair a 'dol tro Peltier làithreach leithid sin de chùis. Tha quasi-socrach na h-, an comas atharrachadh na Gibbs ceallan [4, p. 60]:

Δ Ma = Δ H - T Δ S, far a bheil

Δ H - enthalpy atharrachadh chill;

T - thermodynamic Teòthachd;

Δ S - atharrachadh ann an eantropaidh an cealla;

Q = - T Δ S - teas an Peltier cealla.

Airson haidridean-ogsaidean electrochemical cealla aig T = 298 (K), an t-atharrachadh ann an enthalpy ΔHpr = - 284.5 (kJ / mol) [8, p. 120], an t-atharrachadh ann an comas Gibbs [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * * 96485 = 1.23 - 237.3 (kJ / mol), far a bheil

z - àireamh de electrons gach moileciuil sa chruinne;

F - Faraday cunbhalach;

S - emf cealla.

uime sin

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

ie haidridean-ogsaidean electrochemical cealla a 'gineadh teas ann an Peltier àrainneachd, a leasachadh agus a eantropaidh cromadh aice. An uair sin, anns a 'phròiseas mhiùtach, electrolysis an uisge, a tha a' chùis ann an ar eisimpleir, Peltier teas Q Mhòd = - Q ave = - 47.3 (kJ / mol) de electrolyte thèid a ghabhail a-steach às an àrainneachd.

Denote P - Peltier teas a thogail bho na h-àrainneachd air an làimh dheis n-conaltraidh semiconductor / meatailt. Tha an teas P> 0 Feumaidh seasamh anns a 'chill, ach a chionn lobhadh uisge ann an cealla endothermic reaction (Δ H> 0), D a 'Peltier teas e gus dìoladh airson an tearmach bhuaidh an reaction:

Δ Ma arr = (Δ H arr - n) + Q Mhòd                                                                        (1)

Mod Q a 'crochadh a-mhàin air a rinneadh an t electrolyte, bho 'S e feart den electrolaitigeach cealla le inert electrodes, agus tha' n crochadh a-mhàin air an electrode stuthan.

Co-aontar (1) a 'sealltainn gun robh an teas an Peltier D agus Peltier theasachadh Mòd Q, a tha a' dèanamh obair feumail. ie Peltier teas a thoirt air falbh bho mheadhan a 'lùghdachadh na cosgais a-muigh stòras cumhachd a dhìth airson electrolysis. A suidheachadh far an teas mheadhan a th 'ann an stòras cumhachd airson a' dèanamh obair feumail, samhlachail air sgaoileadh, a thuilleadh air airson iomadh electrochemical ceallan, eisimpleirean de a leithid eileamaidean air an sealltainn ann an [3, p. 248 - 249].

Iomraidhean

1. Gerasimov Ya. I. cùrsa corporra ceimigeachd. Tutorial: Airson oilthighean. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M.: Chemistry, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier buaidh. // Physical Uicipeid. Ann 5 m. T. III. Magneto - Poynting Theorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. cunntadh. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov agus feadhainn eile -. M.: Great Russian Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Ceimigeachd. 2 Ann an leabhraichean. Vol. 1. Structar Matter. Thermodynamics: Proc. airson àrd-sgoiltean; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3mh ed .. - M.: Àrd-ìre. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Ceimigeachd. 2 Ann an leabhraichean. Vol. 2. Electrochemistry. Chemical kinetics agus catalysis: Proc. airson àrd-sgoiltean; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M.: Àrd-ìre. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV coitcheann cùrsa fiosaig. Tutorial: Airson oilthighean. Ann 5 m. T.III. Dealan. - 4mh ed, ìomhaighean .. - M.: FIZMATLIT; Foillseachadh tigh an MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Physical ceimigeachd polymers. - M.: Chemistry, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical kinetics, air eadar-theangachadh bhon Ghearmailtis le cànan an ùghdair atharrachaidhean air a 'Russian deasachadh, deasaichte le Corr. USSR Acadamaidh Saidheansan an t-Oll. Kolotyrkin YM - M.: Chemistry, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Ceimigeachd. Ann an 2 v. T.I., eadar-theangachadh bhon a 'Bheurla an dotair ceimigeach saidheansan Butin KP - M.: Mir, Moscow, 1980. - 580 p.