Làm việc hữu ích bởi sức nóng của môi trường

Phần 1. Một số thuật ngữ và định nghĩa.

Lực điện động (emf) là phần trường lực bên ngoài không thể thiếu bao gồm một nguồn hiện tại ... ngoại lực tác dụng trong mạ điện tế bào ở ranh giới giữa điện và các điện cực. Họ cũng hoạt động trên ranh giới giữa hai kim loại khác nhau và xác định sự khác biệt tiềm năng tiếp xúc therebetween [5, tr. 193, 191]. Số tiền nhảy tiềm năng trên tất cả các bề mặt của bộ phận mạch bằng với chênh lệch điện thế giữa các dây dẫn, tọa lạc tại chuỗi kết thúc, và được gọi là mạch dẫn lực emf điện động ... chuỗi bao gồm duy nhất của dây dẫn của các loại đầu tiên là bằng với nhảy tiềm năng giữa đầu tiên và cuối cùng trong dây dẫn trực tiếp liên hệ với họ (luật Volta) ... Nếu các mạch là đúng cách mở, emf mạch này là zero. Để khắc phục các dây dẫn mạch hở, trong đó bao gồm ít nhất một chất điện phân, vôn pháp luật hiện hành ... Rõ ràng, chỉ có mạch dẫn bao gồm ít nhất một nhạc trưởng của loại thứ hai là những tế bào điện hóa (hoặc chuỗi các yếu tố điện hóa) [1, tr. 490-491].

Polyelectrolytes là polyme có khả năng phân ly thành các ion trong dung dịch, do đó trong đại phân tử tương tự, một số lượng lớn các loại phí ... polyelectrolytes liên kết ngang (trao đổi ion, định kỳ trao đổi ion nhựa) không hòa tan, chỉ sưng lên, trong khi giữ lại khả năng phân tách ra [6, tr. 320-321]. Polyelectrolytes phân tách thành macroion tích điện âm và ion H + được gọi là polyacids và phân ly thành ion tích điện dương và OH- macroion gọi poliosnovaniyami.

Donnan cân bằng tiềm năng là sự khác biệt tiềm năng xảy ra ở ranh giới giai đoạn giữa hai chất điện giải nếu giới hạn này là không thấm cho tất cả các ion. giới hạn chống thấm cho một số ion có thể được gây ra, ví dụ, sự có mặt của màng với lỗ chân lông rất hẹp mà không thể vượt qua đối với các hạt trên một kích thước nhất định. tính thấm có chọn lọc của giao diện xảy ra và nếu có các ion liên kết rất chặt chẽ với một trong những giai đoạn mà rời khỏi nó thường không thể. Chính xác cư xử nhựa trao đổi ion ion, hoặc nhóm trao đổi ion cố định trái phiếu homopolar trong mạng phân tử hoặc ma trận. Các giải pháp, là bên trong các hình thức ma trận như vậy cùng với nó là một giai đoạn duy nhất; giải pháp, nằm bên ngoài, - the second [7. 77].

Các đôi lớp điện (EDL) đang diễn ra tại giao diện của hai giai đoạn tập hợp các lớp tích điện trái dấu vứt bỏ ở một khoảng cách nhất định với nhau [7. 96].

Peltier ảnh hưởng đến cách ly này hoặc hấp thu nhiệt ở sự tiếp xúc của hai dây dẫn khác nhau tùy thuộc vào sự chỉ đạo của dòng điện chảy qua các tiếp xúc [2, tr. 552].

Phần 2: Sử dụng các phương tiện truyền nhiệt trong điện phân nước.

Hãy xem xét các cơ chế xuất hiện của các mạch của tế bào điện hóa (yếu tố sau đây), thể hiện bằng sơ đồ trong hình. 1, hơn emf do sự khác biệt liên lạc nội bộ tiềm năng (PKK) và ảnh hưởng của Donnan (mô tả ngắn gọn về bản chất của hiệu ứng Donnan, PKK nội bộ và nhiệt Peltier liên quan được quy định trong phần thứ ba của bài báo).

Hình. 1. Sơ đồ biểu diễn của một tế bào điện hóa: 1 - catot được tiếp xúc với một dung dịch 3, phản ứng khử điện hóa của các cation điện xảy ra trên bề mặt của nó, làm bằng một hóa trơ nặng nề pha tạp n-bán dẫn. Một phần của cathode nối nó vào một nguồn điện áp bên ngoài, kim; 2 - anode được tiếp xúc với một dung dịch 4, trên bề mặt đó xảy ra phản ứng oxi hóa điện hóa của anion điện giải, làm bằng hóa học trơ nặng nề doped p-bán dẫn. Một phần của anode kết nối nó vào một nguồn điện áp bên ngoài, kim; 3 - Không gian cathode, giải pháp polyelectrolyte, tách ra trong nước tại macroion r- điện tích âm và điện tích dương counterions K nhỏ + (trong ví dụ hiện nay là các ion hydro H +); 4 - anode giải pháp ngăn polyelectrolyte trong nước phân ly thành tích điện dương macroion R + và counterions tích điện âm A- nhỏ (trong ví dụ này nó hydroxide ion OH-); 5 - màng (cơ hoành), là không thấm nước để các đại phân tử (macroion) polyelectrolytes, nhưng hoàn toàn thấm để counterions nhỏ K +, A- và các phân tử nước chia sẻ không gian 3 và 4; Evnesh - một nguồn điện áp bên ngoài.

emf bởi hiệu ứng Donnan

Để rõ ràng, chất điện của không gian cathode (. 3, Hình 1) được chọn dung dịch nước polyacid (R-H +), các chất điện phân và khoang anode (4, Hình 1.) - poliosnovaniya dung dịch nước (R + OH-). Theo kết quả của polyacids phân ly trong khoang cathode, gần bề mặt catot (1, Hình. 1), có nồng độ tăng của ion H +. điện tích dương xuất hiện trong vùng lân cận của bề mặt cathode không bồi thường tích điện âm macroions R, kể từ họ không thể đến gần với bề mặt catot do kích thước của nó và sự hiện diện của một bầu không khí ion tích điện dương (để biết chi tiết xem. Mô tả Donnan hiệu lực thi hành tại Phụ lục №1 của phần thứ ba của bài báo). Do đó, lớp ranh giới của một giải pháp trực tiếp tiếp xúc với bề mặt cathode có một điện tích dương. Kết quả là, một cảm ứng tĩnh điện trên bề mặt cathode, tiếp giáp với các giải pháp, có một điện tích âm của các electron dẫn. tức là tại giao diện giữa các bề mặt cathode và giải pháp DES xảy ra. Lĩnh vực của DES đẩy electron từ cathode - vào dung dịch.

Tương tự, trên anode (2, Fig. 1), lớp ranh giới của dung dịch trong khoang anode (4, Hình. 1) trực tiếp tiếp xúc với bề mặt anốt có điện tích âm, và trên bề mặt anode, tiếp giáp với các giải pháp, có một điện tích dương. tức là tại giao diện giữa các bề mặt anode và Giải pháp này cũng xảy ra DES. Lĩnh vực của DES đẩy electron từ dung dịch - một anode.

Do đó, lĩnh vực DES tại các giao diện của cathode và anode với các giải pháp, hỗ trợ nhiệt giải pháp ion khuếch tán, hai nguồn emf nội bộ, hoạt động phối hợp với một nguồn bên ngoài, ví dụ: đẩy các điện tích âm trong vòng ngược chiều kim đồng.

polyacids phân ly poliosnovaniya và cũng gây ra sự khuếch tán nhiệt thông qua màng (5, Hình 1) ion H + từ không gian catot -. đến anode, và các ion OH- từ khoang anode - cathode. Macroion R + và R- polyelectrolytes không thể di chuyển qua màng, do đó từ không gian cathode có một điện tích âm dư thừa, và từ không gian anốt - một điện tích dương dư thừa, ví dụ: có một DPP do hiệu ứng Donnan. Như vậy, màng cũng xảy ra bên trong emf, hoạt động phối hợp với một nguồn bên ngoài của sự khuếch tán nhiệt và duy trì các giải pháp của các ion.

Trong ví dụ của chúng tôi, điện áp qua màng có thể đạt 0,83 volt, như này tương ứng với sự thay đổi về tiềm năng của điện cực hydro tiêu chuẩn từ - 0,83-0 volt tại quá trình chuyển đổi từ môi trường kiềm trong khoang anode khoang cathode môi trường có tính axit. Để biết chi tiết, xem. Trong Phụ lục №1 của phần thứ ba của bài báo.

emf PKK từ bên trong

Element emf Nó xảy ra, kể cả trong anode tiếp xúc bán dẫn và cathode đến các bộ phận kim loại của họ phục vụ để kết nối các nguồn điện áp bên ngoài. emf này do nội PKK. Nội NẾU không tạo ra, trái ngược với các lĩnh vực bên ngoài trong không gian xung quanh dây dẫn tiếp xúc, ví dụ: Nó không ảnh hưởng đến sự chuyển động của hạt mang điện bên ngoài dây dẫn. Xây dựng n-bán dẫn / kim loại / p-bán dẫn được biết đầy đủ và được sử dụng, ví dụ, một nhiệt điện mô-đun Peltier. Tầm quan trọng của emf như một cấu trúc ở nhiệt độ phòng có thể đạt được giá trị của thứ tự của 0,4-0,6 Volt [5, tr. 459; 2, p. 552]. Fields trong danh bạ được hướng theo cách như vậy mà họ đẩy electron ngược trong vòng lặp, ví dụ: hành động phối hợp với các nguồn bên ngoài. Các electron nâng cao trình độ năng lượng của môi trường hấp thụ sức nóng của Peltier.

Nội NẾU phát sinh do sự khuếch tán của các electron trong các lĩnh vực liên lạc của các điện cực và các giải pháp, trái lại, đẩy electron theo hướng chiều kim đồng hồ trong vòng lặp. tức là chuyển động của electron trong Element ngược trong các địa chỉ liên lạc phải được phân bổ Peltier nhiệt. nhưng vì chuyển electron từ cathode vào dung dịch và các giải pháp trong anode được thiết kèm theo một phản ứng thu nhiệt tạo ra hydro và oxy, sức nóng của Peltier không được giải phóng vào môi trường, và là để giảm hiệu ứng thu nhiệt, ví dụ: như "bảo tồn" trong entanpy hình thành hydro và oxy. Để biết chi tiết, xem. Trong Phụ lục №2 phần thứ ba của bài báo.

hãng (electron và ion) di chuyển trong phần tử mạch không đường khép kín, miễn phí trong phần tử không di chuyển trong một chu trình kín. Mỗi anode electron thu được từ các giải pháp (trong quá trình oxy hóa của các ion OH- với các phân tử oxy), và đi qua một mạch bên ngoài để catot, được bay hơi cùng với các phân tử hydro (trong quá trình phục hồi của các ion H +). Tương tự như vậy các ion OH- và H + không di chuyển trong một chu trình kín, nhưng chỉ trong điện cực tương ứng, và sau đó bay hơi dưới dạng phân tử hydro và oxy. tức là và các ion và electron mỗi di chuyển trong môi trường của nó trong lĩnh vực tăng tốc của DES, và cuối của con đường, khi chúng đạt đến bề mặt của điện cực được kết hợp trong phân tử, chuyển đổi toàn bộ năng lượng dự trữ - năng lượng của một liên kết hóa học, và ra khỏi vòng lặp!

Tất cả các nguồn nội bộ của emf Yếu tố, giảm chi phí nguồn bên ngoài cho điện phân nước. Do đó, sức nóng của môi trường xung quanh hấp thụ các yếu tố trong quá trình hoạt động của mình để duy trì sự khuếch tán của DES, là để giảm chi phí của các nguồn bên ngoài, ví dụ: Nó làm tăng hiệu quả điện phân.

Điện phân nước mà không có bất kỳ nguồn bên ngoài.

Khi xem xét các quá trình xảy ra trong các yếu tố hình. 1, một số nguồn bên ngoài không được đưa vào tính toán. Giả sử rằng cuộc kháng chiến nội bộ tương đương với RD và một điện áp 0. Như vậy là Evnesh điện tử là quá thiếu để một tải thụ động (xem hình. 5). Trong trường hợp này, sự chỉ đạo và tầm quan trọng của lĩnh vực DES phát sinh tại giao diện trong các yếu tố vẫn như cũ.

Hình. 5. Thay vào đó Evnesh (Hình. 1) bao gồm tải RL thụ động.

Xác định các điều kiện của dòng điện tự phát trong yếu tố này. Thay đổi tiềm năng Gibbs, theo công thức (1) của Phụ lục №1 của phần thứ ba của bài viết:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + Q mod

Nếu P> Δ H + Q mod mod = 284,5-47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / phân tử)

các arr Δ G <0 và quá trình tự phát là có thể.

Chúng tôi sẽ xem xét thêm rằng phản ứng yếu tố thế hệ hydro xảy ra trong một môi trường axit (tiềm năng điện từ 0 volt), và oxy trong một (tiềm năng điện 0,4 volt) kiềm. tiềm năng điện cực như vậy cung cấp một màng (5, hình. 5), điện áp mà tại đó điều này nên được 0,83 volt. tức là năng lượng cần thiết cho sự hình thành của hydro và oxy được giảm 0,83 (eV / phân tử). Sau đó, các điều kiện về khả năng của quá trình tự phát sẽ:

P> 1,23-0,83 = 0,4 (eV / phân tử) = 77,2 (kJ / mol) (2)

Chúng tôi thấy rằng các rào cản năng lượng của các phân tử hydro và oxy có thể tránh được và không sử dụng một nguồn điện áp bên ngoài. tức là ngay cả ở n = 0,4 (eV / phân tử), ví dụ: khi điện cực bên trong HPDC 0,4 volt, yếu tố sẽ ở trong trạng thái cân bằng động, và bất kỳ (thậm chí nhỏ) sự thay đổi của các điều kiện cân bằng sẽ gây ra dòng điện trong mạch.

Một trở ngại cho việc phản ứng tại các điện cực là năng lượng kích hoạt, nhưng nó được loại bỏ bằng các hiệu ứng đường hầm, phát sinh do sự nhỏ bé của khoảng cách giữa các điện cực và dung dịch [7, tr. 147-149].

Như vậy, trên cơ sở cân nhắc năng lượng, chúng tôi kết luận rằng hiện tự phát trong các yếu tố hình. 5, nó là có thể. Nhưng những gì lý do thể chất có thể gây ra hiện nay? Những lý do được liệt kê dưới đây:

1. Xác suất của quá trình chuyển đổi của các electron từ cathode vào dung dịch cao hơn so với khả năng chuyển đổi từ cực dương vào giải pháp, kể từ n-bán dẫn cathode có rất nhiều electron tự do với một mức năng lượng cao, và anode p-bán dẫn - chỉ "lỗ", và những "lỗ hổng" là ở mức năng lượng thấp hơn các electron cathode;

2. màng được hỗ trợ trong không gian catot trong một môi trường có tính axit, và trong anode - kiềm. Trong trường hợp của điện cực trơ, điều này dẫn đến thực tế là một tiềm năng cathode điện trở nên lớn hơn so với anode. Do đó, các electron phải di chuyển qua một mạch bên ngoài từ anôt sang catôt;

3. Phí bề mặt trong những giải pháp polyelectrolyte phát sinh do hiệu ứng Donnan, tạo ra tại điện cực / giải pháp lĩnh vực như vậy mà thực tế tại catot thúc đẩy năng suất electron từ cathode vào giải pháp, và các lĩnh vực tại anode - entry electron vào anode từ dung dịch;

4. cân bằng về phía trước và ngược lại phản ứng tại các điện cực (dòng trao đổi) thiên về ion H + phản ứng hoàn nguyên trực tiếp tại cathode và quá trình oxy hóa của các ion OH- tại anode, kể từ họ có kèm theo hình khí (H2 và O2) có khả năng dễ dàng rời khỏi khu vực phản ứng (Nguyên tắc của Le Chatelier).

Các thí nghiệm.

Đối với đánh giá định lượng của điện áp trên tải bởi tác dụng Donnan, một thí nghiệm đã được thực hiện trong đó các phần tử cathode gồm than hoạt tính với điện cực than chì bên ngoài và một anode - một hỗn hợp của than hoạt tính và nhựa anion AB-17-8 với các điện cực graphite bên ngoài. Điện - dung dịch NaOH dung dịch nước, anode và cathode không gian được ngăn cách bởi một dạ tổng hợp. Trên điện cực bên ngoài mở của nguyên tố này có một điện áp khoảng 50 mV. Khi kết nối với một phần tử của tải trọng bên ngoài 10 ohm cố định hiện hành của khoảng 500 microamps. Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng 20-30 0C điện áp vào điện cực bên ngoài tăng lên đến 54 mV. Tăng điện áp ở nhiệt độ môi trường xung quanh khẳng định rằng nguồn gốc của emf là khuếch tán, ví dụ: chuyển động nhiệt của các hạt.

Đối với đánh giá định lượng của điện áp trên tải từ thí nghiệm kim loại / bán dẫn HPDC bên trong đã được tiến hành, trong đó catot tế bào bao gồm bột graphite tổng hợp với các điện cực graphite bên ngoài và một anode - một loại bột của boron carbide (B4C, p-bán dẫn) với điện cực than chì bên ngoài. Điện - dung dịch NaOH dung dịch nước, anode và cathode không gian được ngăn cách bởi một dạ tổng hợp. Trên điện cực bên ngoài mở của điện áp yếu tố là khoảng 150 mV. Khi kết nối tải bên ngoài để các yếu tố 50 điện áp kOhm giảm đến 35 mV., Như vậy một điện áp giảm mạnh do sự cacbua bo nội tại thấp và, kết quả là, một phần tử kháng nội bộ cao. điện áp điều tra so với nhiệt độ cho một phần tử của cấu trúc như vậy không được thực hiện. Điều này là do thực tế rằng, đối với một chất bán dẫn, phụ thuộc vào thành phần hóa học của nó, mức độ doping và các tài sản khác, sự thay đổi nhiệt độ theo nhiều cách khác nhau có thể ảnh hưởng đến mức Fermi của nó. tức là tác dụng nhiệt độ trên emf Yếu tố (tăng hoặc giảm), trong trường hợp này phụ thuộc vào vật liệu được sử dụng, vì vậy đây không phải là thí nghiệm dự kiến.

Tại thời điểm này nó tiếp tục một thí nghiệm trong đó tế bào cathode được làm từ một hỗn hợp của bột than hoạt tính và KU-2-8 với điện cực thép không gỉ bên ngoài và anode từ hỗn hợp bột than hoạt tính và nhựa anion AB-17-8 đến điện cực bên ngoài từ thép không gỉ. Điện - dung dịch NaCl, anode và cathode không gian được ngăn cách bởi một tổng hợp cảm thấy. điện cực bên ngoài của nguyên tố này với tháng 10 năm 2011 có thể ngắn mạch các ampe kế thụ động. Hiện nay trong đó cho thấy một ampe kế, khoảng một ngày sau khi lần lượt, giảm 1 mA - lên đến 100 MKA (đó là rõ ràng là do sự phân cực của điện cực), và kể từ đó hơn một năm không thay đổi.

Trong các thí nghiệm thực tế mô tả ở trên có liên quan đến vật liệu bất khả tiếp cận thu được kết quả tốt hơn thấp hơn nhiều so về mặt lý thuyết có thể. Bên cạnh đó, cần lưu ý rằng một phần của tổng emf nội Yếu tố luôn được tiêu thụ để duy trì phản ứng điện cực (sản xuất hydro và oxy) và không thể được đo bằng các mạch bên ngoài.

Kết luận.

Tổng hợp, chúng ta có thể kết luận rằng tự nhiên cho phép chúng ta chuyển đổi nhiệt năng thành năng lượng hữu ích hoặc làm việc, trong khi sử dụng như là một "nóng" môi trường và không có một "tủ lạnh". Do đó ảnh hưởng Donnan và nội NẾU chuyển đổi năng lượng nhiệt của các hạt tích điện trong năng lượng điện trường DEL là nhiệt phản ứng thu nhiệt được chuyển đổi thành năng lượng hóa học.

Yếu tố tiếp xúc coi tiêu thụ nhiệt từ môi trường và nước, và phân bổ điện, hydro và oxy! Hơn nữa, quá trình tiêu thụ năng lượng và việc sử dụng hydro làm nhiên liệu, và nước trở lại vào môi trường nhiệt!

Phần 3 của Phụ lục.

Phần này là tiếp tục thảo luận Donnan hiệu lực cân bằng, ở ngã ba của khu vực nội HPDC kim loại / bán dẫn và Peltier nhiệt trên phản ứng oxi hóa khử và tiềm năng điện trong phần tử.

Donnan tiềm năng (Phụ lục №1)

Hãy xem xét các cơ chế xảy ra Donnan tiềm năng cho polyelectrolyte. Sau counterions phân ly polyelectrolyte bắt đầu nhỏ của nó, bằng cách khuếch tán, để lại khối lượng chiếm đóng bởi các đại phân tử. khuếch tán hướng của counterions của các đại phân tử khối lượng polyelectrolyte nhỏ trong dung môi là do tăng nồng độ trong phần lớn các đại phân tử so với phần còn lại của giải pháp. Hơn nữa, nếu, ví dụ, counterions nhỏ được tích điện âm, kết quả này trong đó phần bên trong của đại phân tử được tích điện dương, và giải pháp là ngay lập tức tiếp giáp với khối lượng của đại phân tử - tiêu cực. tức là xung quanh một khối lượng macroion tích điện dương, có một loại "bầu không khí ion" của phản ion nhỏ - mang điện tích âm. Chấm dứt tăng trưởng phụ trách bầu không khí ion xảy ra khi trường tĩnh điện giữa khí quyển macroion khối lượng ion và cân bằng sự khuếch tán nhiệt của counterions nhỏ. Kết quả cân bằng chênh lệch điện thế giữa khí quyển và macroions ion là Donnan tiềm năng. Donnan tiềm năng cũng được gọi là điện thế màng, vì một tình huống tương tự xảy ra trên một màng bán thấm, ví dụ, khi nó tách các giải pháp điện giải trong đó có các ion của hai loại - có khả năng và không có khả năng đi qua therethrough của dung môi tinh khiết.

Donnan tiềm năng có thể được coi là một trường hợp hạn chế về tiềm năng khuếch tán, khi tính di động của một trong những ion (trong trường hợp này macroion) là zero. Sau đó, theo [1, tr. 535], phụ trách quầy bằng một:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), nơi

Ed - Donnan tiềm năng;

R - phổ gas liên tục;

T - Nhiệt độ nhiệt động lực học;

F - Hằng số Faraday;

a1, a2 - phản hoạt động trong các giai đoạn tiếp xúc.

Trong diễn đàn này, trong đó màng ngăn cách các giải pháp poliosnovaniya (pH = Lg 1 = 14) và polyacid (pH = Lg 2 = 0), Donnan tiềm năng trên màng ở nhiệt độ phòng (T = 300 0 K) sẽ là:

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

Donnan tăng tiềm năng tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Đối với sự khuếch tán của tế bào điện hóa Peltier nhiệt là nguồn duy nhất cho việc sản xuất các công việc hữu ích, nó không phải là đáng ngạc nhiên rằng các yếu tố như EMF tăng với sự gia tăng nhiệt độ. Trong tế bào khuếch tán để sản xuất làm việc, Peltier nhiệt luôn được lấy từ môi trường. Khi dòng điện chạy qua EDL hình thành hiệu ứng Donnan, theo một hướng trùng với hướng tích cực của lĩnh vực DES (ví dụ, khi lĩnh vực DES thực hiện công việc tích cực), nhiệt được hấp thụ từ môi trường để sản xuất giấy này.

Tuy nhiên, yếu tố khuếch tán là một sự thay đổi liên tục và một chiều nồng độ ion, mà cuối cùng dẫn đến sự cân bằng nồng độ và dừng đạo khuếch tán, không giống như trạng thái cân bằng Donnan, trong đó, trong một trường hợp rò rỉ nồng độ ion dòng quasistatic, một khi đã đạt đến một giá trị nhất định, vẫn không thay đổi .

Hình. 2 cho thấy một sơ đồ của tiềm năng oxi hóa khử của các phản ứng hydro và oxy khi thay đổi độ axit của dung dịch. Biểu đồ cho thấy tiềm năng điện cực của phản ứng hình thành oxy trong sự vắng mặt của các ion OH- (1,23 volt trong một môi trường có tính axit) là khác biệt so với tiềm năng tương tự ở nồng độ cao (0,4 volt trong một môi trường kiềm) tại 0,83 volt. Tương tự như vậy, tiềm năng điện cực của phản ứng hydro hình thành trong sự vắng mặt của H + (-0,83 volt trong môi trường kiềm) là khác biệt so với tiềm năng tương tự ở nồng độ cao (0 V trong môi trường axit), cũng tại 0,83 volt [4. 66-67]. tức là rõ ràng là 0,83 volt là cần thiết để có được một sự tập trung cao của nước trong các ion tương ứng. Điều này có nghĩa rằng 0,83 volt là cần thiết cho một khối lượng của phân ly trung tính của các phân tử nước thành các ion OH- H + và. Như vậy, nếu màng được hỗ trợ trong phần tử không gian cathode môi trường axit của chúng tôi và trong một anốt kiềm, điện áp có thể đạt DEL 0,83 volt của nó, đó là phù hợp tốt với các tính toán lý thuyết đã trình bày trước đó. điện áp này cung cấp một không gian dẫn cao DES màng bởi phân ly nước vào các ion bên trong nó.

Hình. 2. Sơ đồ tiềm năng phản ứng oxi hóa khử

phân hủy của nước, và các ion + H và OH- thành hydro và oxy.

NẾU và Peltier nhiệt (Phụ lục №2)

"Nguyên nhân của hiệu ứng Peltier là năng lượng trung bình của các hạt mang điện (đối với electron tính xác định) tham gia vào tính dẫn điện trong dây dẫn loại hình khác nhau ... Trong quá trình chuyển đổi từ một dây dẫn vào điện tử khác hoặc truyền lưới điện dư thừa, bổ sung một thiếu năng lượng với chi phí của nó (tùy thuộc vào hướng hiện tại).

Hình. 3. Hiệu quả Peltier trên kim loại tiếp xúc và n bán dẫn: ԐF - mức Fermi; ԐC - đáy của vùng dẫn của bán dẫn; ԐV - vùng hóa trị; I - theo hướng tích cực của hiện hành; vòng tròn với mũi tên thể hiện sơ đồ electron.

Trong trường hợp đầu tiên gần tiếp xúc được phát hành, và lần thứ hai - cái gọi là hấp thụ .. Peltier nhiệt. Ví dụ, trên các chất bán dẫn tiếp xúc - kim loại (hình 3) năng lượng của các electron chuyển từ n-type bán dẫn đến kim loại (cảm ứng bên trái) là cao hơn so với ԐF năng lượng Fermi đáng kể. Vì vậy, họ đang vi phạm các trạng thái cân bằng nhiệt trong kim loại. Trạng thái cân bằng được phục hồi như là kết quả của sự va chạm, trong đó thermalized electron, cho tinh thể năng lượng dư thừa. lưới. Các kim loại bán dẫn (liên lạc ngay) có thể vượt qua chỉ các electron năng lượng nhất, do đó khí electron trong kim loại nguội đi. Về phục hồi sự phân bố cân bằng của lưới tiêu thụ năng lượng dao động "[2, tr. 552].

Để liên hệ với tình hình kim loại / p-bán dẫn tương tự. bởi vì lỗ bán dẫn p-dẫn cung cấp vùng hóa trị của nó mà là dưới mức Fermi, sau đó liên lạc sẽ được làm lạnh, trong đó electron di chuyển từ p-bán dẫn với kim loại. Peltier nhiệt được phát hành hoặc hấp thụ bởi sự tiếp xúc của hai dây dẫn, do việc sản xuất tiêu cực hay tích cực của IF nội bộ.

Trong khoảng cách tiếp xúc trái (Hình. 3), mà trên đó việc phân bổ Peltier nhiệt, một tế bào điện, ví dụ, dung dịch NaOH (Hình 4) và bán dẫn kim loại và n-để cho nó được hóa trơ.

Hình. 4. xúc trái n-bán dẫn và kim loại được mở và được đặt trong khoảng cách của dung dịch điện giải. Chỉ định cũng giống như trong hình. 3.

Bởi vì, khi dòng điện chạy «tôi», bán dẫn n-electron năng lượng cao hơn giải pháp đến hơn ra khỏi dung dịch trong các kim loại, năng lượng dư thừa này (sức nóng của Peltier) phải đứng trong phòng giam.

Các dòng điện qua tế bào có thể chỉ là một trường hợp rò rỉ trong đó phản ứng điện hóa. Nếu phản ứng tỏa nhiệt trong tế bào, nhiệt Peltier được phát hành trong tế bào, như hơn cô có nơi nào để đi. Nếu phản ứng trong tế bào - thu nhiệt, nhiệt Peltier là toàn bộ hay một phần để bù đắp cho tác dụng thu nhiệt, tức là, để tạo thành một sản phẩm phản ứng. Trong ví dụ này, tổng phản ứng tế bào: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - thu nhiệt, vì vậy nhiệt (năng lượng) của Peltier là tạo ra các phân tử và H2 O2, được hình thành trên các điện cực. Do đó, chúng tôi có được rằng sức nóng của Peltier chọn trong môi trường trong quyền n tiếp xúc bán dẫn / kim loại không được phát hành trở lại vào môi trường, và được lưu trữ trong các dạng năng lượng hóa học của phân tử hydro và oxy. Rõ ràng, hoạt động của các nguồn điện áp bên ngoài được tiêu thụ cho điện phân nước, trong trường hợp này sẽ nhỏ hơn so với trường hợp của điện cực giống nhau, không gây xảy ra các hiệu ứng Peltier ..

Không phụ thuộc vào tính chất của các điện cực, các tế bào điện phân tự nó có thể hấp thụ hoặc tạo ra nhiệt khi đi qua sung hiện Peltier. Điều kiện bán tĩnh, sự thay đổi tiềm năng của các tế bào Gibbs [4, tr. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, nơi

Δ H - thay đổi entanpi của tế bào;

T - Nhiệt độ nhiệt động lực học;

Δ S - thay đổi trong entropy của tế bào;

Q = - T Δ S - nhiệt của tế bào Peltier.

Đối với một tế bào điện hóa hydro-oxy tại T = 298 (K), sự thay đổi trong entanpy ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, tr. 120], sự thay đổi trong Gibbs tiềm năng [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96.485 * 1,23 = - 237,3 (kJ / mol), nơi

z - số electron mỗi phân tử;

F - Hằng số Faraday;

E - emf tế bào.

vì thế

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

tức là hydro-oxy tế bào điện hóa tạo ra nhiệt trong môi trường Peltier, đồng thời nâng cao entropy của nó và hạ thấp nó. Sau đó, trong quá trình nghịch đảo, các điện phân nước, đó là trường hợp trong ví dụ của chúng tôi, Peltier nhiệt Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) của chất điện phân sẽ được hấp thụ từ môi trường.

Biểu thị P - Peltier nhiệt lấy từ môi trường trong quyền n tiếp xúc bán dẫn / kim loại. Nhiệt P> 0 phải đứng trong tế bào, nhưng vì phân hủy của nước trong tế bào phản ứng thu nhiệt (Δ H> 0), P Peltier nhiệt là để bù đắp cho các hiệu ứng nhiệt của phản ứng:

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

Mod Q chỉ phụ thuộc vào các thành phần của chất điện phân, vì Đó là một đặc tính của tế bào điện phân với điện cực trơ, và n là chỉ phụ thuộc vào các vật liệu điện cực.

Phương trình (1) cho thấy sức nóng của Peltier P và Peltier nóng mod Q, là việc sản xuất các công việc hữu ích. tức là Peltier nhiệt lấy đi từ môi trường làm giảm chi phí của một nguồn điện bên ngoài cần thiết để điện phân. Một tình huống mà các phương tiện truyền nhiệt là nguồn cung cấp năng lượng cho sản xuất của công việc hữu ích, là đặc trưng của khuếch tán, cũng như đối với nhiều tế bào điện hóa, ví dụ về các yếu tố như được trình bày trong [3, tr. 248-249].

Tài liệu tham khảo

1. Gerasimov Ya. I. quá trình hóa học vật lý. Hướng dẫn: Đối với các trường đại học. T.II. V 2 t. - 2nd ed .. - M:. Hóa học, Moscow, 1973. - 624 tr.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier có hiệu lực. // từ điển bách khoa vật lý. Trong 5 m. T. III. Magneto - Định lý Poynting. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. đếm. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov và những người khác - M:.. Lớn Bách khoa toàn thư Nga, 1992. - 672 tr. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. Trong 2 cuốn sách. Vol. 1. Cấu trúc của vật chất. Nhiệt động lực học: Proc. cho các trường cao; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Cao hơn. tuần, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. Trong 2 cuốn sách. Vol. 2. Điện hóa. động học hóa học và xúc tác: Proc. cho các trường cao; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Cao hơn. tuần, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV nhiên chung của vật lý. Hướng dẫn: Đối với các trường đại học. Trong 5 m. T.III. Điện. - 4th ed, định kiến .. - M: FIZMATLIT;. NXB của MIPT, 2004. - 656 tr. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. hóa học vật lý của polyme. - M:. Hóa học, Moscow, 1968. - 536 tr.
7. Vetter K. điện hóa động học, dịch từ tiếng Đức với những sửa đổi của tác giả với phiên bản tiếng Nga, thay đổi nội dung bởi Corr. Liên Xô Viện Khoa học prof. Kolotyrkin YM - M:. Hóa học, Moscow, 1967. - 856 tr.
8. P. Atkins Physical Chemistry. Trong 2 v. T.I., dịch từ tiếng Anh của tiến sĩ khoa học hóa học Butin KP - M:. Mir, Moscow, 1980. - 580 tr.