Байгаль орчны дулаан өөр ашигтай ажил

-Р хэсэг 1. Зарим нэр томъёо, тодорхойлолтыг.

цахилгаан хөдөлгөгч хүч (EMF) нь одоогийн эх үүсвэр ... гадаад хүчин электролит болон электродын хооронд хил хязгаар дахь эсийг электролиз-д ажиллаж бүрдсэн салшгүй гадаад хүчин талбар хэсэг юм. Тэд мөн хоёр ялгаатай металлыг хоорондох зааг дээр үйл ажиллагаа явуулж, therebetween [5 холбоо барих боломжит ялгааг, х тодорхойлно. 193, 191]. Хэмжээ хэлхээний хэсгийн бүх гадаргуу дээр чадамж дамжуулагчийн хоорондох боломжит ялгаа, гинж төгсгөлд байрлах тэнцүү үсэрч, мөн цахилгаан хөдөлгөгч хүч EMF удирдаач хэлхээний гэж нэрлэдэг ... зөвхөн эхний төрлийн дамжуулагчийн бүрдсэн гинжин эхний болон шууд тэднийг (Вольта хууль) холбоо барина уу ... хэлхээний зөв нээлттэй юм бол, EMF сүүлийн дамжуулагчийн хоорондох боломжит харайлтын тэнцүү Энэ хэлхээ нь тэг байна. нээлттэй хэлхээний дамжуулагч, наад зах нь нэг электролит, холбогдох хууль вольт ... Мэдээж, хоёр дахь төрлийн наад зах нь нэг дамжуулагч бүрдсэн зөвхөн удирдаач хэлхээний электрохимийн эсүүд нь (эсвэл сүлжээ электрохимийн элемент) байна [1, х орно засаж залруулах хэрэгтэй. 490 - 491].

Polyelectrolytes ийн нэг macromolecule дахь төлбөр ... crosslinked polyelectrolytes (ион солилцогч, давтагдах нь олон тооны, уусмал дахь ионы руу dissociating чадвартай полимер нь ионы солилцооны давирхайг) , татан буулгах биш, зөвхөн өсөж нелееллеес ангижруулна чадварыг [6, х хадгалан байна. 320 - 321]. Polyelectrolytes сөрөг цэнэгтэй macroion руу нелееллеес ангижруулна болон H + ион polyacids дуудаж, poliosnovaniyami гэж нэрлэдэг эерэг цэнэгтэй ион болон OH- macroion руу dissociates байна.

Donnan тэнцвэрт боломжит энэ хязгаар нь бүх ионууд нь нэвтрүүлэгч биш бол хоёр электролит хоорондох үе шат нь хил дээр гардаг боломжит зөрүү юм. Зарим ион нь нэвтэрдэггүй битүү хязгаар, үүдэлтэй байж болох, жишээ нь, тодорхой хэмжээнд дээрх хэсгүүдийн явах аргагүй юм маш нарийн нүх нь мембран байгаа эсэх. интерфэйсийн сонгон нэвчилт явагддаг, ямар ч ионууд маш хүчтэй үүнийг орхиж ерөнхийдөө чадахгүй нь үе шаттайгаар нэг холбоотой бол. Яг ионы ион солилцооны давирхай биеэ авч явах, эсвэл ион солилцох бүлэг молекулын сүлжээ эсвэл матрицад homopolar бондыг тогтмол. шийдэл нь, энэ нь нэг үе шат нь хамт ийм матриц хэлбэрээр дотор байх; шийдэл, гадна орших, - Хоёр дахь [7. 77].

цахилгаан давхар (EDL) өөр хоорондоо [7 нь тодорхой зайд устгалд oppositely цэнэглэгдсэн давхаргын тогтоосон хоёр үе шаттайгаар нь интерфэйс дээр явагдаж байна. 96].

Peltier холбоо [2, х дамжин урсаж, цахилгаан гүйдлийн чиглэлийг хамаарч хоёр өөр дамжуулагчийн хаягаар дулаан энэ тусгаарлах буюу шингээлтийг нөлөө. 552].

2-р хэсэг: ус, электролиз дулааны дунд ашиглаж байна.

-Р зурагт schematically үзүүлсэн электрохимийн эс (цаашид элемент) -ийн хэлхээний үүссэн механизмыг авч үзье. 1, дотоод холбоо барих боломжит ялгаа (тусгаар) болон Donnan-ын нөлөө (Donnan нөлөөний мөн чанар товч танилцуулга, дотоод тусгаар болон холбогдох Peltier дулаан дугаар зүйлийн гурав дахь хэсэгт заасан байна) улмаас илүү EMF.

Зураг. 1. электрохимийн эсийн бүдүүвч төлөөлөл: 1 - катодын 3 уусмалаар холбоо байна, электролит катионы электрохимийн бууруулах урвал өөрийн нь химийн идэвхгүй их doped N-хагас дамжуулагч хийсэн гадаргуу дээр гарч байна. гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр, металлжуусан холбож катодын хэсэг; 2 - анод 4 уусмалаар түүний химийн идэвхгүй их doped п-хагас дамжуулагч хийсэн электролит анионыг, нь электрохимийн исэлдэх урвал явагдах гадаргуу дээр, холбоо байна. гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр, металлжуусан холбож анод хэсэг; 3 - катодын орон зай, polyelectrolyte шийдэл macroion усанд dissociating сөрөг цэнэгтэй R- болон эерэг цэнэгтэй counterions жижиг K + (одоогийн жишээн дээр устөрөгчийн ионы H + бол); 4 - анод ус dissociating нь эерэг цэнэгтэй macroion R + болон сөрөг цэнэгтэй counterions жижиг үгийг руу тасалгаа polyelectrolyte уусмал (энэ жишээн дээр энэ нь гидроксидын ион OH-); 5 - мембран (өрөх), макромолекулуудтай (macroion) polyelectrolytes нь үл нэвтрэх, харин жижиг counterions K +, А, усны молекулууд хуваалцсан зай 3, 4 бүрэн нэвтрүүлэгч юм; Evnesh - гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр.

EMF Donnan нөлөөгөөр

усан poliosnovaniya (R + OH-) - тодорхой хувьд, катодын орон зай (. 3, 1-р зураг) нь электролит усан polyacid уусмал (R-H +), электролит болон анод тасалгаа (4 1. инжрийн) сонгосон байна. катодын тасалгаанд диссоциацийн polyacids үр дүнд, катодын (1, Зураг. 1) гадаргууд ойролцоо байдаг H + ион нь нэмэгдсэн агууламж юм. катодын гадаргуу орчмын гарч байгаа эерэг цэнэг оноос хойш, сөрөг цэнэгтэй macroions R- нөхөн ороогүй байна тэд (дугаар зүйлийн гурав дахь хэсгийн Хавсралт №1-д Тодорхойлолт Donnan нөлөө дэлгэрэнгүй мэдээллийг үзнэ үү.) улмаас түүний хэмжээ болон эерэг цэнэгтэй ионы агаар мандлын дэргэд катодын гадаргуу ойрхон ирж чадахгүй. Тиймээс шууд катодын гадаргуу холбоо нь уусмалын хил давхарга нь эерэг цэнэгтэй байдаг. Үүний үр дүнд, катодын гадаргуу дээр цахилгаан соронзон индукц, уусмалаар үргэлжилсэн, тэнд явуулах электроны сөрөг төлбөр юм. өөрөөр хэлбэл, катодын гадаргуу болон DES уусмалын хооронд интерфэйс дээр гардаг. DES хээрийн катодын нь электронуудыг түлхэж - уусмал.

Үүний нэгэн адил, шууд анод гадаргуутай холбоотой анод (2-р зураг. 1), анод тасалгаанд уусмал хил давхарга (4-р зураг. 1) нь сөрөг цэнэг байдаг, анод гадаргуу дээр уусмалаар үргэлжилсэн, тэнд эерэг цэнэг юм. өөрөөр хэлбэл, анод гадаргын болон уусмалын хооронд интерфэйс дээр нь бас DES-ийг тохиолддог. нь анод - DES хээрийн уусмалаас электрон түлхэж.

Тиймээс уусмалаар катодын болон анод нь интерфэйсүүд дээр DES талбай, дэмжиж дулааны шийдэл ион тархалтаас, хоёр дотоод EMF эх үүсвэр, гадаад эх үүсвэр нь тоглолт нь ажиллаж жишээ байна, зүүний эсрэг давталтад сөрөг төлбөр тулж.

. Диссоциацийн poliosnovaniya polyacids, мөн мембран (5, 1-р зураг) H + ионы cathodic сансраас дамжуулан дулааны тархацыг шалтгаан - анод, мөн анод тасалгаа нь OH- ионууд - нь катодын. илүүдэл эерэг цэнэг, өөрөөр хэлбэл, - Macroion R + болон R- polyelectrolytes, энэ нь катодын сансраас тэгэхээр илүүдэл сөрөг цэнэг байдаг, мөн anodic сансраас мембраны дамжуулан хөдөлж чадахгүй Donnan нөлөө улмаас өөр нэг ХХН байна. Тиймээс кино нь мөн EMF дотор, дулааны нэвчих нь гадаад эх үүсвэр нь тоглолт нь ажиллаж тохиолдох ба ионы шийдэл хэвээр.

Бидний жишээн дээр мембран дахь хүчдэл зэрэг 0.83 вольт хүрч болно анод тасалгаа катодын тасалгаа хүчиллэг орчин шүлтлэг дунд шилжих шилжилтийн үед 0.83 0 вольт - Энэ стандарт устөрөгчийн электродын потенциалын өөрчлөлт харгалзана. дэлгэрэнгүй мэдээллийг зүйлийн гурав дахь хэсгийн Хавсралт №1-д үзнэ үү..

EMF дотор нь тусгаар

Элемент EMF Энэ нь гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр нь холбохын тулд үйлчлэх нь тэдний металл хэсэгт холбоо барих хагас дамжуулагч анод катодын-д, түүний дотор тохиолддог. энэ EMF Дотоод тусгаар улмаас. Дотоод Хэрвээ, ялгаатай нь холбоо барих дамжуулагчийг тойрсон орон зай дахь гадаад салбарт бий болгох биш, ж.нь. Энэ нь дамжуулагчийн гадна цэнэгтэй бөөмсийн хөдөлгөөнийг нөлөөлөхгүй. Барилгын N-хагас дамжуулагч / металл / P-хагас дамжуулагч хангалттай мэдэгдэж байгаа болон ашиглаж байгаа, жишээ нь, дулааны Peltier модулийг. EMF нь магнитудын 0.6 Volt [5, P - өрөөний температурт ийм бүтэц 0.4 захиалгаар утгуудыг хүрэх болно. 459; 2-р, х. 552]. харилцахын Fields тэд давталтад зүүний эсрэг электрон түлхэж ийм аргаар, жишээ нь чиглэсэн байна гадаад эх үүсвэр нь тоглолт нь үйлдэл. электронууд Peltier халууныг шингээж дунд эрчим хүчний түвшинг дээшлүүлэх.

Дотоод электрод болон уусмал холбоо барих газарт электроны нэвчих улмаас үүссэн Хэрвээ эсрэгээр, электрон давталтад цагийн зүүний дагуу чиглэлд түлхэж. өөрөөр хэлбэл, зүүний эсрэг эдгээр харилцахын Element электронуудын хөдөлгөөн Peltier дулаан хуваарилах ёстой. Гэвч уусмал руу болон анод нь уусмалын катодын нь электроны шилжүүлэх шаардлагагүй устөрөгч, хүчилтөрөгч бий нь endothermic урвалын хамт байна, Peltier дулааны дунд руу гаргасан байгаа бол, мөн endothermic нөлөө багасгах явдал юм, жишээ нь гэх мэт устөрөгч болон хүчилтөрөгч үүсэх энтальпи нь "хадгалж". дэлгэрэнгүй мэдээллийг дүгээр зүйлийн гурав дахь хэсэгт хавсралтад онд №2 үзнэ үү..

тээгч (электрон болон ионууд) хаалттай зам, элемент ямар ч хураамж хаалттай хэлхээнд хөдөлж биш юм Элемент хэлхээнд хөдөлдөг. электрон анод бүр (хүчилтөрөгчийн молекул нь OH- ионы исэлдэлт явцад) уусмалаас гаргаж авсан ба катодын нь гадаад хэлхээний дамжин өнгөрч, (ионы H + нь нөхөн сэргээх үйл явцад) устөрөгчийн молекул хамт уурших байна. OH- болон H + хаалттай хэлхээнд хөдөлж байна, харин холбогдох электрод л, дараа нь молекулын устөрөгч болон хүчилтөрөгч хэлбэрээр ууршиж Үүнтэй адилаар ионууд. өөрөөр хэлбэл, болон ион, DES-ийн хурдасгах чиглэлээр өөрийн орчинд бүр хөдөлж электронууд болон замын төгсгөл тэд электрод гадаргуу бүхэлд нь хадгалагдаж эрчим хүч хувиргах, молекул нэгтгэнэ хүрэх үед - химийн бондын эрчим хүч болон давталтын гарч!

EMF дотоод эх үүсвэрээс мэдээлэл Элемент, багасгах ус электролизийн гадаад эх үүсвэр үнэтэй. Тиймээс DES нэвчилт хадгалахын тулд өөрийн үйл ажиллагааны явцад элементүүдийг шингээж орчны температур дулаан, жишээ нь гадаад эх үүсвэрийн зардлыг багасгах явдал юм, Энэ нь электролиз үр ашгийг нэмэгдүүлдэг.

ямар ч гадаад эх үүсвэрээс гадна ус электролиз.

хянан дахь процессуудыг-р зурагт үзүүлсэн элемент тохиолдох. 1, гадаад эх үүсвэр параметрүүд нь харгалзан байна. дотоод эсэргүүцэл RD тэнцүү бөгөөд Энэ нь 0-ийн хүчдэлийн гэж бодъё Evnesh Элемент электрод нь идэвхгүй ачаалал богино холбохын байна (Зураг. 5-ыг үзнэ үү). Энэ тохиолдолд, элемент интерфэйс дээр үүссэн DES талбаруудыг чиглэл, цар хүрээ мөн хэвээр байна.

Зураг. 5. Харин Evnesh (Зураг. 1) идэвхгүй ачааллын RL орно.

Энэ элементийн аяндаа одоогийн урсгалын нөхцөл байдлыг тодорхойлно. томъёогоор (1) дугаар зүйлийн гурав дахь хэсгийн Хавсралт №1-ийн дагуу, Гиббс боломж өөрчлөх:

Δ G arr = (Δ H arr - н) + Q БХЯ

Хэрвээ P> Δ H + Q БХЯ БХЯ = 284,5 - 47.2 = 237.3 (кЖ / моль) = 1.23 (эВ / молекул)

Δ G arr <0, аяндаа үйл явц болох юм.

Бид элемент устөрөгч үеийн урвал нь шүлтлэг (0.4 вольт электрод боломжтой) -д (0 вольт электрод боломжтой) болон хүчилтөрөгч нь хүчиллэг орчинд тохиолддог гэдгийг цаашид авч үзэх болно. Ийм электрод чадамж нь мембран (5, Зураг. 5) Ямар 0.83 вольт байх ёстой хүчдэл өгнө. өөрөөр хэлбэл, устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн үүсэх шаардагдах эрчим хүчний 0.83 (эВ / молекулын) буурсан байна. Дараа нь аяндаа үйл явцын боломж нөхцөл нь:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (эВ / молекул) = 77.2 (кЖ / моль) (2)

Бид олж устөрөгч, хүчилтөрөгчийн молекул эрчим хүч саад бэрхшээл зайлсхийх, гадаад хүчдэлийн эх үүсвэрийг ашиглан ямар байна. өөрөөр хэлбэл, тэр ч байтугай N = 0.4 (эВ / молекул), жишээ нь дээр дотоод электрод HPDC 0.4 вольт бол, элемент динамик тэнцвэрт байдалд байх болно, мөн тэнцэл нөхцөлд аль ч (тэр ч байтугай жижиг) өөрчлөлт хэлхээний одоогийн үүсгэж болно.

электрод дахь урвал нь бас нэг бэрхшээл идэвхжүүлэх эрчим хүч байдаг, гэхдээ энэ замаар арилгаж болно , туннель нөлөө электрод болон уусмалаар [7, х хоорондох ялгаа нь дийлнэ хэмээн сэтгэж улмаас үүссэн. 147-149].

Тиймээс эрчим хүчний асуудлыг үндсэн дээр бид аяндаа гүйдэл-р зурагт үзүүлсэн элемент дүгнэж байна. 5, энэ нь боломжтой юм. Гэхдээ ямар бодит шалтгаан энэ гүйдэл үүсгэж болох вэ? Эдгээр шалтгаан нь доор жагсаав:

1. шийдэл дотор анод нь шилжилтийн магадлал илүү руу катодын нь электроны шилжилтийн магадлал, хойш , Зөвхөн "нүх", эдгээр "нүх" катодын электроны доор нь эрчим хүчний түвшинд байна - N-хагас дамжуулагч катодын өндөр эрчим хүчний түвшин чөлөөт электрон болон P-хагас дамжуулагч анод нь маш их байдаг

2. мембран нь хүчиллэг орчин катодын орон зайд дэмжиж байна, анод нь - шүлтлэг. идэвхгүй электродуудын хувьд, энэ нь катодын электрод боломжит анод илүү том болдог гэдгийг хүргэж байна. Үүний үр дүнд, электронууд катодын нь анод нь гадаад хэлхээ замаар шилжих ёстой;

3. Donnan нөлөө улмаас үүссэн polyelectrolyte шийдэл гадаргын төлбөр, катодын дахь талбар нь уусмал руу катодын нь электрон гарц дэмжиж байхаар электрод / шийдэл талбар дээр үүсгэдэг бөгөөд анод дээр хээрийн - уусмалаас анод руу электрон төгөлдөр,

4. тэнцэл урагш болон электрод дээр урвал (валютын урсгал) H тийш хазайсан + ион анод дээр катодын болон OH- ионы исэлдэлт үед шууд бууруулах урвал хойш буцах Тэд хий (Н2 болон O2) амархан урвал бүсийг орхиж чадвартай (Le Chatelier-ийн зарчим) үүсэх дагалдаж байна.

Туршилт.

идэвхжүүлсэн нүүрстөрөгч, анионы давирхайн AB-17-8 гадна бал электрод нь холимогт - Donnan нөлөөгөөр ачааллын хэмжээнд хүчдэлийн тоон үнэлгээ нь, туршилт нь катодын Элемент гадна бал электрод болон анод нь идэвхижүүлсэн нүүрс бүрдэж гүйцэтгэсэн байна. Электролитийн - усан NaOH шийдэл анод катодын зай нь синтетик эсгий тусгаарлагдсан байна. Энэ элементийн нээлттэй гадаад электрод дээр 50 орчим мВ нь хүчдэл байв. гадаад ачааллын 10 элемент холбогдсон үед ом 500 microamps одоогийн тогтмол. гадаад электрод нь хүчдэлийн 20 30 0C-аас орчны температур нэмэгдэх мВ 54 болж өссөн бол. орчны температурт хүчдэл нэмэгдүүлэх баталж гэж EMF эх үүсвэр тархалтаас, жишээ нь хэсгүүдийн дулааны хөдөлгөөн.

гадна бал электрод бүхий борын карбид (B4C, х-хагас дамжуулагч) нь нунтаг - дотоод HPDC металл / хагас дамжуулагч туршилтын нь ачаалал даяар хүчдэлийн тоон үнэлгээ нь эсийн катодын гадна бал электрод болон анод синтетик бал нунтаг бүрдэнэ нь явуулсан байна. Электролитийн - усан NaOH шийдэл анод катодын зай нь синтетик эсгий тусгаарлагдсан байна. элемент хүчдэлийн нээлттэй гадаад электродын-нд 150 орчим мВ байсан юм. элемент нь 50 kOhm хүчдэлд гадаад ачааллыг холбосон үед 35 болж буурчээ мВ. улмаас бага дотоод борын карбид болон, үр дүнд нь өндөр дотоод эсэргүүцэл элемент гэж ийм хүчтэй хүчдэлийн уналт. Ийм бүтэц нь элементийн температурын эсрэг Мөрдөн байцаах хүчдэлийн явуулж байна. Энэ нь нэг хагас дамжуулагч нь түүний химийн найрлага хамааран гэдгийг бол допингийн болон бусад шинж чанар зэрэг, түүний Fermi түвшинд нөлөөлж болох янз бүрийн арга замаар температурын өөрчлөлт нь. өөрөөр хэлбэл, EMF дээр температурын нөлөө Элемент (өсөлт, эсвэл бууралт), энэ тохиолдолд ашигласан материал хамаардаг болохоор энэ үзүүлэлт туршилт биш юм.

Энэ үед тэр нь эсийн катодын гадна зэвэрдэггүй ган электрод, гадаад электрод нь идэвхжүүлсэн нүүрс нунтаг болон анионы давирхайн AB-17-8 хольц нь анод нь хамт идэвхжүүлсэн нүүрс нунтаг болон КУ-2-8 нь хольж хийсэн байна өөр нэг туршилт үргэлжилсээр зэвэрдэггүй ган. Электролит - NaCl-ийн усан уусмал, анод катодын зай нь нийлэг тусгаарлагдсан байдаг байлаа. 2011 оны аравдугаар сард энэ элементийн гадаад электродыг богино залгааны идэвхгүй ammeter боломжтой. Одоогийн нь ammeter, энэ нь эргээд дараа-ий өдөр 1 мА буурсан харуулж байна -, дараа нь нэг жил илүү өөрчилж болохгүй вэ хойш 100 mkA хүртэл (улмаас электродын туйлшралыг бололтой юм).

онолын хувьд боломжтой бодвол нэлээд доогуур илүү үр дүнтэй материал хаалттай байдал олж авсан үр дүнг нь холбогдуулан Дээр дурдсан практик туршилт байна. Үүнээс гадна, мэдэж нийт дотоод EMF гэсэн хэсэг байх Элемент нь үргэлж электрод урвал (устөрөгч болон хүчилтөрөгчийн үйлдвэрлэл) хангах хэрэглэж, гадаад хэлхээнд хэмжиж болохгүй.

Дүгнэлт.

дүгнэх, бид "халаагч" байгаль орчин гэх мэт ашиглах болон "хөргөгч" байх биш боловч тэр мөн чанар, бидэнд ашигтай энерги эсвэл ажил руу дулааны энергийг хөрвүүлэх боломжийг олгодог дүгнэж болно. Donnan нөлөө Тиймээс, дотоод дахь цэнэгтэй хэсгүүд хөрвүүлсэн дулааны эрчим хүчний Хэрвээ цахилгаан орон эрчим хүч DEL endothermic урвалын дулааны химийн энерги болгон хувиргаж байна.

Үзсэн холбоо барих элемент, дунд, ус дулаан хэрэглэдэг, цахилгаан эрчим хүч, устөрөгч, хүчилтөрөгч хуваарилж! Түүнээс гадна, эрчим хүчний хэрэглээний явц болон түлш болгон устөрөгч ашиглах, усны дулаан дунд эргэж буцаж!

3 хавсралтын-р хэсэг.

Энэ хэсэг нь цаашид элементэд редокс урвал болон электрод боломжид тулгуурласан дотоод HPDC металл / хагас дамжуулагч болон Peltier дулааны уулзвар дээр Donnan тэнцвэрт нөлөө хэлэлцсэн байна.

Donnan болзошгүй (Хавсралт №1)

polyelectrolyte нь Donnan боломж үүссэн механизмыг авч үзье. диссоциацийн polyelectrolyte counterions нь жижиг, нэвчих замаар macromolecule эзэлж хэмжээг гарч эхлэх дараа. уусмал бусад харьцуулахад уусгагч дахь жижиг хэмжээ polyelectrolyte макромолекулуудтай нь counterions нь чиглэлтэй тархалтаас macromolecule бөөнөөр нь төвлөрөл нэмэгдэж байгаатай холбоотой юм. Цаашилбал, хэрэв, жишээ нь, жижиг counterions сөрөг цэнэгтэй байдаг, энэ нь macromolecule дотоод хэсэг нь эерэг цэнэгтэй байгаа үр дүнг, үүний шийдэл нь macromolecule хэмжээ нэн даруй зэргэлдээх юм - сөрөг. өөрөөр хэлбэл, сөрөг цэнэгтэй - нь эерэг цэнэгтэй macroion хэмжээгээр орчим, жижиг сөрөг ионы "ионы уур амьсгал" нь нэг төрлийн байдаг. Ажлаас ионы уур амьсгал хураамж өсөлт гарах үед цахилгаан талбар нь ионы хэмжээ macroion агаар мандал, үлдэгдэл жижиг counterions дулааны тархалтаас хооронд байна. агаар мандал, ионы macroions хооронд үүссэн тэнцвэрт потенциалын ялгавар Donnan болзошгүй юм. Donnan боломжит ч гэх юм мембран боломжтой, учир нь чадвартай, цэвэр уусгагчийн therethrough өнгөрөх чадвартай гэсэн үг - нь ижил төстэй нөхцөл байдал нь semipermeable мембран дээр хоёр төрлийн ионуудыг байна электролитийн уусмал тусгаарлаж үед, жишээ нь тохиолддог.

Donnan боломжит тархалтаас боломжийг нь хязгаарлах тохиолдолд (энэ тохиолдолд macroion хэлээр) ионы нэг хөдөлгөөн тэг байна гэж үзэж болно. Дараа нь [1, х холбоотой. 535], нэг тэнцүү лангуун цэнэг авч:

И г = (RT / F) Ln ( A1 / A2)

Эд - Donnan боломж;

R - бүх нийтийн хийн тогтмол;

T - термодинамик температур;

F - М.Фарадей тогтмол;

a1, a2 - Холбоо барих үе шаттайгаар эсрэг үйл ажиллагаа.

Энэ гишүүн, үүгээр кино тусгаарлаж poliosnovaniya шийдэл (рН = LG 1 = 14) болон polyacid онд (рН = LG 2 = 0) өрөөний температурт мембраны даяар Donnan болзошгүй (T = 300 0 K) байх болно:

И г = (RT / F) (LG нь 1 - LG-гийн 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 вольт

температурт шууд хувь тэнцүүлэн Donnan боломжит нэмэгдэнэ. электрохимийн эсийн Peltier дулаан эвдэгдэх, ашигтай ажлын үйлдвэрлэлийн цорын ганц эх сурвалж юм, ийм элемент EMF нь гайхах зүйл биш юм температурыг нэмэгдүүлэх нь нэмэгддэг. ажлын үйлдвэрлэлийн тархалтаас эсийн онд Peltier дулаан үргэлж орчинд авсан байна. EDL дамжуулан одоогийн гүйлгээ нь DES салбарт эерэг чиглэлтэй давхцаж нэгэн чиглэлд Donnan нөлөө, үүссэн үед (жишээ нь, DES хээрийн эерэг ажлыг гүйцэтгэж байх үед), дулааны энэхүү цаас үйлдвэрлэх орчноос шингээж байна.

Харин тархалтаас элемент ион төвлөрөл, тэнцвэрт Donnan, үүгээр, алдагдал quasistatic урсгал ионы концентраци нь хувьд, нэг удаа тодорхой үнэ хүрсэн учир ялгаатай нь, концентраци тэгшитгэх нь эцэстээ хүргэдэг ба тархацыг чиглэсэн зогсоох нь тасралтгүй, нэг чиглэлтэй өөрчлөлт, өөрчлөгдөөгүй хэвээр байна .

Зураг. 2-устөрөгч болон уусмалын хүчиллэг өөрчлөгдөж хүчилтөрөгч урвалын редокс бололцоонд нь диаграммыг харуулж байна. зураг OH- ионы байхгүй хүчилтөрөгчийн үүсэх урвал нь (хүчиллэг орчинд 1.23 вольт) нь электрод боломжит өндөр агууламж нь (шүлтлэг орчинд 0.4 вольт) 0.83 вольт-д ижил боломж ялгаатай байгааг харуулж байна. Үүний нэгэн адил, H + байхгүй (шүлтлэг орчинд -0,83 вольт) -д устөрөгчийн үүсгэгч урвалын электрод болох нь мөн 0.83 вольт [4 үед өндөр агууламж (0 хүчил дунд V) ижил боломжийн өөр байна. 66-67]. өөрөөр хэлбэл, илэрхий гэж 0.83 вольт тухайн ионы ус өндөр концентраци авахын тулд шаардлагатай байна. Энэ нь 0.83 вольт H + болон OH- ион руу усны молекулуудын төвийг сахисан диссоциацийн жинтэй шаардлагатай гэсэн үг юм. Тиймээс мембран нь бидний Элемент катодын сансрын хүчиллэг дунд болон шүлтлэг anodic-д дэмжигдсэн бол, хүчдэл нь DEL 0.83 вольт, өмнө нь танилцуулсан онолын тооцоонд сайн гэрээ юм хүрэх болно. Энэ хүчдэлийн Хэрэв дотор ионы руу ус диссоциацийн гэхэд өндөр дамжуулах зай DES мембран олгодог.

Зураг. 2. Зураг редокс урвал чадамж

ус задрал ба H + ион, устөрөгч, хүчилтөрөгч болгон OH-.

Хэрвээ болон Peltier дулаан байна (Хавсралт №2)

"Peltier нөлөө шалтгаан нь өөр электроны руу нэг дамжуулагчийн-аас төлбөр тээвэрлэгчдийн (definiteness электроны нь) өөр өөр янз бүрийн дамжуулагчийн цахилгаан дамжуулах оролцсон ... шилжилтийн дундаж энерги буюу илүүдэл эрчим хүчний дамжуулах, өөрийн зардлаар эрчим хүчний дутмаг нэмэлт юм (одоогийн чиглэлд хамаарч).

Зураг. 3. холбоо барих металл, хагас дамжуулагч N- дээр Peltier нөлөө: ԐF - Fermi түвшин; ԐC - хагас дамжуулагч явуулах хамтлагийн доод; ԐV - валентын хамтлаг; I - Одоогийн эерэг чиглэл; сумаараа дугуйлан schematically электрон үзүүлсэн.

холбоо барих ойролцоо Эхний тохиолдолд гаргасан бөгөөд хоёр дахь - гэж нэрлэгддэг шингээсэн .. Peltier дулаан байна. Жишээлбэл, холбоо барих хагас дамжуулагч дээр - металл (Зураг 3) металл (зүүн мэдрэгчтэй) нь N-төрлийн хагас дамжуулагч улиран электроны энергийн Fermi эрчим хүчний ԐF хамаагүй өндөр байна. Тиймийн тул, тэд металл дулааны тэнцвэрт зөрчиж байна. Тэнцвэр, мөргөлдөх үр дүнд сэргээгдсэн нь илүүдэл эрчим хүчний талст өгч, электрон thermalized байна. сүлжээ. металл тэр электрон хий хөрнө болохоор хагас дамжуулагч металл (баруун мэдрэгчтэй), зөвхөн хамгийн эрч хүчтэй электрон дамжуулж болно. савладаг эрчим хүчний хэрэглээний сүлжээ тэнцвэрт хуваарилалт "[2, х нөхөн сэргээх. 552].

металл / P-хагас дамжуулагч нөхцөл байдал адил байна холбоо барих хэрэгтэй. учир нь P-дамжуулалтын хагас дамжуулагч нүх Fermi түвшингээс доогуур байгаа нь валентын хамтлаг хангаж, дараа нь холбоо барих ямар электронууд металл Р хагас дамжуулагч урсан, хөргөлттэй болно. Peltier дулаан гаргасан, эсвэл улмаас буюу сөрөг дотоод IF эерэг үйлдвэрлэл, хоёр дамжуулагч холбоо шингээж.

Зүүн холбоо барих ялгаа (Зураг. 3), аль Peltier дулаан хуваарилах нь электролитийн гар, жишээ нь, усан NaOH уусмал (Зураг 4), металл хагас дамжуулагч болон N-үзье энэ нь химийн хувьд идэвхигүй байж орсон.

Зураг. 4. зүүн холбоо барих N-хагас дамжуулагч, металл нээлттэй, электролитийн уусмал ялгаа байрлуулж байна. Тэмдэгнүүд-р зурагт адил байна. 3.

Одоогийн урсгал үед учраас «Би», өндөр эрчим хүчний салбарт N-электроны хагас дамжуулагч металл уусмал гарч ирэх илүү шийдлийг ирэх, энэ илүүдэл эрчим хүч (Peltier дулааны) өрөөндөө зогсох ёстой.

эсийн замаар одоогийн тэнд алдагдсан электрохимийн урвал цорын ганц тохиолдол байж болох юм. нүдэнд экзотермийн урвалд бол Peltier дулаан зэрэг нүдэнд гаргасан байна илүү тэр явж хаана ч байдаг. нүдэнд урвал бол - endothermic, Peltier дулаан endothermic нөлөө нөхөхийн тулд бүхэлд нь буюу хэсэгчлэн байна, өөрөөр хэлбэл, нь урвалын бүтээгдэхүүн бий болно. Энэ жишээн дээр, нийт эсийн урвал: 2H2O 2H2 → ↑ + O2 ↑ - endothermic, тийм болохоор Peltier дулаан (эрчим хүч) молекулыг бий болгох бөгөөд H2 O2, электрод дээр үүссэн байна. Тиймээс бид зөв н холбоо барих хагас дамжуулагч / металл онд дунд сонгосон Peltier дулааны буцаж орчин руу гаргасан гэсэн үг биш бөгөөд устөрөгч, хүчилтөрөгчийн молекулын химийн эрчим хүчний хэлбэрээр хадгалагддаг авна. Мэдээж хэрэг, гадаад хүчдэлийн эх үүсвэр үйл ажиллагаа усыг электролизийн нь, энэ тохиолдолд ижил электродын тохиолдолд бага байх болно, Peltier нөлөө ямар ч илрэл үүсгэж хэрэглэж байна ..

Ямар электродын шинж, электролитийн эсийн өөрөө шингээх буюу Peltier одоогийн түүнд дамжин өнгөрөх үед дулааныг үүсгэж болно. Бараг статик нөхцөл, Гиббс эсийн [4 боломжит өөрчлөлт нь, х. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S,

Δ H - эсийн энтальпи өөрчлөлт;

T - термодинамик температур;

Δ S - эсийн энтропийн өөрчлөлт;

Q = - T Δ S - Peltier эсийн дулаан байна.

284.5 (кЖ / моль) [8, х - T = 298 (K), энтальпи ΔHpr = өөрчлөлтийн үед устөрөгч-хүчилтөрөгчийн электрохимийн эсийн хувьд. 120], боломжит Гиббс өөрчлөлт [4. а. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (кЖ / моль)

Z - молекулын нэг электроны тоо;

F - М.Фарадей тогтмол;

E - EMF эсийн.

Иймээс

Q өргөн чөлөө = - T Δ S өргөн чөлөө = Δ G гэх мэт - Δ H гэх мэт = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (кЖ / моль)> 0,

өөрөөр хэлбэл, устөрөгч-хүчилтөрөгчийн электрохимийн гар нь таамаглашгүй сайжруулах, түүний бууруулах байхад, Peltier орчинд дулааныг үүсгэдэг. Дараа нь урвуу үйл явц, ус, электролиз, манай жишээн тохиолдол онд Peltier дулаан Q БХЯ = - А өргөн чөлөө = - 47.3 (кЖ / моль) электролит орчноос шингээж болно.

зөв н холбоо барих хагас дамжуулагч / металл байгаль орчинд авсан Peltier дулаан - P үзүүлдэг. Дулаан P> 0 өрөөндөө зогсох ёстой, гэхдээ, учир нь эсийн endothermic урвалын ус задрал (Δ H> 0), Peltier дулаан P урвалын дулааны хүчин төгөлдөр нөхөн явдал юм:

Δ G arr = (Δ H arr - н) + Q БХЯ                                                                        (1)

Mod Q оноос хойш зөвхөн электролит найрлагаас хамаарна Энэ нь идэвхгүй электродын нь электролитийн эсийн шинж чанар бөгөөд N зөвхөн электрод материал хамааралтай байна.

Тэгшитгэл (1) Peltier P болон Peltier дулаан, БХЯ Q халаах ашигтай ажлын үйлдвэрлэлийн байгааг харуулж байна. өөрөөр хэлбэл, Дунд хол авч Peltier дулаан нь гадаад цахилгаан эх үүсвэр электролизийн шаардагдах зардлыг бууруулдаг. Дулаан дунд ашигтай ажлын үйлдвэрлэх эрчим хүчний эх үүсвэр болох нь нөхцөл байдал, нэвчих шинж байдаг, түүнчлэн олон электрохимийн эсүүдийн хувьд ийм элементийн жишээ [3, х д харуулав. 248 - 249].

Ашигласан материал

1. Gerasimov Я. Физик химийн I. мэдээж. Tutorial: их дээд сургуулиуд нь. V 2 т. T.II. - 2-р хэвлэл .. - М:. Хими, Москва, 1973 - 624 х.
2. Dashevskiy 3. М. Peltier нөлөө. // Физик нэвтэрхий толь. 5 м. Т. III байна. Magneto - Poynting теорем. / Ч.. Ed. A. М. Prohorov. Ed. тоо. DM Alekseev, A. М. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Романов болон бусад - M:.. Их Оросын нэвтэрхий толь, 1992 - 672 х. - ISBN 5-85270-019-3 (3 м.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Красновын KS Физик Хими. 2-р ном байна. Vol. Асуудлыг 1. бүтэц, зохион байгуулалт. Термодинамик: PROC. өндөр сургуулийн; KS Красновын, Н. K. Vorobev, I. нар Godnev. - 3 дахь хэвлэл .. - М:. Дээд. дх, 2001 -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Красновын KS Физик Хими. 2-р ном байна. Vol. 2. Electrochemistry. Химийн кинетик ба катализаторийн: PROC. өндөр сургуулийн; KS Красновын, NK Vorobyov I. Н. Godnev нар. -3 хэвлэл., Илч - М:. Дээд. дх, 2001 -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. физикийн Sivukhin DV ерөнхий мэдээж. Tutorial: их дээд сургуулиуд нь. 5 м байна. T.III. Цахилгаан. - 4-р хэвлэл, хэвшмэл .. - М: FIZMATLIT;. MIPT гэрийг нийтлэх, 2004 - 656 х. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 м.); 5-89155-086-5.
6. полимер Tager A. A. Физик химийн. - М:. Хими, Москва, 1968 - 536 х.
7. Vetter K. электрохимийн кинетик, ОХУ-ын хэвлэлд зохиогчийн нэмэлт, өөрчлөлт оруулах, Corr засварлах Герман хэлнээс орчуулсан. Шинжлэх ухааны Академич П. ЗХУ-ын Академи. Kolotyrkin YM - М:. Хими, Москва, 1967 - 856 х.
8. P. Аткинс Физик Хими. 2-V. T.I. онд химийн шинжлэх ухааны Butin КП-ын эмч Англи хэлнээс орчуулсан - М:. Мир, Москва, 1980 - 580 х.