Nyttigt arbete av värmen miljö

Del 1. Vissa termer och definitioner.

Den elektromotoriska kraften (emf) är integrerat parti yttre kraft fält innefattande en strömkälla ... yttre kraft som verkar i elektroplätering celler vid gränserna mellan elektrolyten och elektroderna. De fungerar också på gränsen mellan två olika metaller och bestämma kontaktpotentialskillnad däremellan [5, s. 193, 191]. Mängd hoppar potentialerna på alla ytor av kretssektionen är lika med potentialskillnaden mellan ledarna, som ligger vid kedjeändarna, och kallas den elektromotoriska kraften EMF ledarkrets ... kedja bestående endast av ledarna av det första slaget är lika med den potentiella hoppa mellan den första och den sista ledare i direkt kontakta dem (Volta lag) ... Om kretsen är korrekt öppna, EMF denna krets är noll. Att korrigera den öppna lutande ledaren, som inkluderar åtminstone en elektrolyt, tillämplig lag volt ... Uppenbarligen endast ledarkrets innefattande åtminstone en ledare av det andra slaget är elektrokemiska celler (eller kedjor elektrokemiska element) [1, s. 490-491].

Polyelektrolyter är polymerer som kan dissocierar till joner i lösning, samtidigt i samma makromolekyl, ett stort antal återkommande avgifter ... Tvärbunden polyelektrolyt (jonbytare, jonbyteshartser) inte löses utan bara sväller, under bibehållande av förmågan att dissociera [6, s. 320-321]. Polyelektrolyter dissocierar till negativt laddade macroion och H ^ -joner kallas polysyror och dissocierar till positivt laddade joner och OH- macroion kallade poliosnovaniyami.

Donnan jämviktspotentialen är potentialskillnaden som uppträder vid fasgränsen mellan de två elektrolyterna, om denna gräns inte är permeabelt för alla joner. Täthetsgränser för vissa joner kan orsakas till exempel närvaron av membraner med mycket trånga porer som är ogenomträngliga för partiklar över en viss storlek. Selektiv permeabilitet av gränssnittet inträffar och om några joner så starkt kopplade till en av faserna som lämnar det i allmänhet inte kan. Exakt beter joniska jonbytarhartser, eller jonbytande grupp fixerad homopolär bindning i molekyl gitter eller matris. Lösningen, att inuti sådana matriser bildar tillsammans med den en enda fas; lösning, som ligger utanför, - den andra [7. 77].

Den elektriska dubbelskikt (EDL) sker vid gränsytan mellan de två faserna uppsättning av motsatt laddade skikt anordnade på ett visst avstånd från varandra [7. 96].

Peltier åstadkomma denna isolering eller absorption av värme vid kontakt av två olika ledare beroende på riktningen av elektrisk ström som flyter genom kontakt [2, s. 552].

Del 2: Använda värmemediet vid elektrolys av vatten.

Överväga mekanismen för förekomsten av kretsen i den elektrokemiska cellen (i det följande element), som visas schematiskt i fig. 1, mer emf grund av det inre kontaktpotentialskillnaden (PKK) och effekten av Donnan (kortfattad beskrivning av det väsentliga i Donnan effekt, intern PKK och tillhörande Peltier-värme tillgänglig i den tredje delen av artikeln).

Fig. 1. Schematisk representation av en elektrokemisk cell: 1 - katoden bringas i kontakt med en lösning av 3, den elektrokemiska reduktionsreaktionen av elektrolyten katjoner förekommer på dess yta, tillverkad av ett kemiskt inert kraftigt dopad n-halvledare. Del av katoden att ansluta den till en extern spänningskälla, metalliserad; 2 - anoden bringas i kontakt med en lösning av 4, på ytan därav inträffa elektrokemisk oxidationsreaktion av elektrolyten anjoner, tillverkade av kemiskt inert kraftigt dopad p-halvledare. Del av anoden att ansluta den till en extern spänningskälla, metalliserad; 3 - katodutrymme, polyelektrolyt-lösning, dissociera i vatten vid macroion r- negativt laddad och positivt laddade motjoner liten K + (i föreliggande exempel är vätejon H +); 4 - anodkammaren polyelektrolyt-lösning i vatten dissocierar till positivt laddade macroion R + och negativt laddade motjoner liten A- (i detta exempel det hydroxid joner OH-); 5 - membranet (membran), är ogenomträngligt för makromolekyler (macroion) polyelektrolyter, men helt permeabelt för små motjoner K +, A- och vattenmolekyler delat utrymme 3 och 4; Evnesh - en extern spänningskälla.

Emf av Donnan effekt

För tydlighets skull, är elektrolyten i katodutrymmet (. 3, fig 1) vald vattenhaltig polysyra lösning (R-H +), elektrolyten och anodutrymmet (4, fig 1.) - vattenhaltig poliosnovaniya (R + OH-). Som ett resultat av dissociation polysyror i katodavdelningen, nära ytan av katoden (1, fig. 1), finns det en ökad koncentration av H + -joner. Positiv laddning som förekommer i närheten av katodytan kompenseras inte negativt laddade macroions R-, eftersom De kan inte komma nära ytan av katoden på grund av sin storlek och närvaron av en positivt laddad jonisk atmosfär (för detaljer se. Beskrivning Donnan effekt i bilaga №1 av den tredje delen av artikeln). Sålunda, gränsskiktet av en lösning direkt i kontakt med katodytan har en positiv laddning. Som ett resultat, en elektrostatisk induktion på katodytan, sammanhängande med den lösning, det finns en negativ laddning av de ledningselektroner. dvs vid gränsytan mellan katodytan och DES lösning inträffar. Fältet hos DES skjuter elektroner från katoden - till lösningen.

På liknande sätt, på anoden (2, Fig. 1), gränsskiktet av lösningen i anodkammaren (4, fig. 1) i direkt kontakt med anodytan har en negativ laddning, och på anodytan, sammanhängande med den lösning, finns det en positiv laddning. dvs vid gränsytan mellan anodytan och lösningen sker även DES. Område DES skjuter elektroner från lösningen - en anod.

Sålunda området för DES vid gränsytorna hos katoden och anoden med lösningen, som stöds termisk lösning jondiffusion, är två inre emk källa, handlar i samförstånd med en extern källa, dvs. skjuta de negativa laddningarna i slingan moturs.

Dissociation poliosnovaniya polysyror och även orsakar termisk diffusion genom membranet (5, figur 1) H + joner från katodutrymmet -. Till anoden, och OH- joner från anodavdelningen - en katod. Macroion R + och R- polyelektrolyter kan inte röra sig genom membranet, så det från katodutrymmet det finns ett överskott negativ laddning, och från den anodiska utrymmet - ett överskott positiv laddning, dvs. det finns en annan DPP på grund av Donnan effekten. Således inträffar membranet även inne i emk, som handlar i samförstånd med en extern värmekälla diffusion och underhålls lösningen av joner.

I vårt exempel, kan spänningen över membranet når 0,83 volt, såsom detta motsvarar en förändring i potentialen av standardväteelektrod från - 0,83 till 0 volt vid övergången från det alkaliska mediet i anodkammaren katodavdelningen sur miljö. För mer information, se. I bilaga №1 av den tredje delen av artikeln.

Emf PKK från insidan

Element EMF Den förekommer, inklusive i kontakthalvledar anod och katod till deras metalldelar som tjänar till att ansluta den externa spänningskällan. denna EMF på grund av inre PKK. Intern IF skapar inte, i motsats till den externa fältet i utrymmet som omger kontaktledarna, dvs. Det påverkar inte rörelse av laddade partiklar utanför ledarna. Konstruktion n-halvledare / metall / p-halvledare är tillräckligt kända och används, till exempel, en termoelektrisk Peltier-modul. Storleken på EMF en sådan struktur vid rumstemperatur kan nå värden i storleksordningen 0,4 till 0,6 Volt [5, s. 459; 2, s. 552]. Fält i kontakterna är riktade på ett sådant sätt att de trycker elektroner moturs i slingan, d.v.s. agerar i samförstånd med den externa källan. Elektronerna höja energinivån hos mediet absorberar värmen från Peltier.

Intern IF uppstår på grund av diffusionen av elektroner i kontaktområdena av elektroderna och av lösningen, tvärtom, skjuter elektroner i medurs riktning i slingan. dvs rörelsen av elektroner i Element moturs i dessa kontakter måste allokeras Peltier värme. men eftersom överföringen av elektroner från katoden in i lösningen och av lösningen i anoden nödvändigtvis åtföljs av en endotermisk reaktion alstring av väte och syre, är värmen från Peltier inte frisätts i mediet, och är att minska den endotermiska verkan, d.v.s. som "konserverade" i entalpin för bildandet av väte och syre. För mer information, se. I bilaga №2 den tredje delen av artikeln.

bärare (elektroner och joner) rör sig i Element krets inte slutna banor, är ingen laddning i elementet inte rör sig i en sluten krets. Varje elektron anod erhålles från lösningen (under loppet av oxidation av OH -joner till syremolekyler), och fick passera genom en extern krets till katoden, förflyktigas tillsammans med vätemolekyler (i processen för återvinning av joner H +). På liknande joner OH- och H + inte röra sig i en sluten krets, men endast i den motsvarande elektroden, och sedan indunsta i form av molekylärt väte och syre. dvs och jonerna och elektronerna var och rör sig i sin omgivning i den accelererande området för DES, och slutet av den väg, när de når ytan av elektroden är kombinerade i molekylen, omvandla hela lagrad energi - energin hos en kemisk bindning, och ur slingan!

Samtliga interna källor av EMF Element, minska kostnaderna extern källa för vatten elektrolys. Sålunda, värmen från den omgivande absorberande elementen under dess drift för att upprätthålla diffusion av DES, är att minska kostnaderna för den externa källan, dvs. Den ökar elektrolys effektiviteten.

Elektrolys av vatten utan någon extern källa.

I granska de processer som uppträder i elementet som visas i Fig. 1 är en extern källa parametrar som inte beaktats. Antag att den inre resistansen är lika med Rd och en spänning av 0. Det Evnesh Elementelektrod är kortslutna till en passiv belastning (se fig. 5). I detta fall, riktningen och storleken av DES fält som uppstår vid gränsytan i elementen förblir desamma.

Fig. 5. I stället Evnesh (fig. 1) innefattande passiv belastning RL.

Bestämma villkoren för spontan strömflöde i detta element. Ändra Gibbs potential, enligt formeln (1) i bilaga №1 av den tredje delen av artikeln:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q mod

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

den Δ G arr <0 och spontan process är möjlig.

Vi kommer att överväga ytterligare att element vätegenererings Reaktionen sker i ett surt medium (elektrodpotential av 0 volt), och syre i en alkalisk (elektrodpotential av 0,4 volt). Sådana elektrodpotentialer ger ett membran (5, Fig. 5), den spänning vid vilken detta bör vara 0,83 volt. dvs den energi som krävs för bildandet av väte och syre reduceras med 0,83 (eV / molekyl). Då villkoret för möjligheten till spontana process kommer:

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

Vi finner att energibarriären av de väte- och syremolekyler undvikas och utan användning av en extern spänningskälla. dvs även vid n = 0,4 (eV / molekyl), d.v.s. när de inre elektrod HPDC 0,4 volt, kommer elementet att vara i ett tillstånd av dynamisk jämvikt, och vilken som helst (även små) förändring av de balansförhållanden kommer att orsaka att strömmen i kretsen.

Ett annat hinder för reaktionerna vid elektroderna är aktiveringsenergin, men det elimineras genom tunneleffekten, som uppstår på grund av litenheten av gapet mellan elektroderna och lösningen [7, s. 147-149].

Således, på grundval av energiöverväganden, drar vi slutsatsen att spontan ström i elementet som visas i Fig. 5, är det möjligt. Men vad fysiska orsaker kan orsaka detta aktuella? Dessa skäl är listade nedan:

1. Sannolikheten för övergången av elektroner från katoden in i lösningen är högre än sannolikheten för övergången från anoden in i lösningen, eftersom n-halvledarkatod har en hel del fria elektroner med hög energinivå, och p-halvledar anod - endast "hål", och dessa "hål" är vid en energinivå under katod elektroner;

2. Membranet uppbärs i katodutrymmet av en sur miljö, och i anoden - alkalisk. I fallet av inerta elektroder, leder detta till det faktum att en katodelektrodpotentialen blir större än anoden. Följaktligen måste elektroner rör sig genom en yttre krets från anoden till katoden;

3. Ytladdningen hos polyelektrolyten lösningar uppkommer på grund av Donnan-effekten skapar vid elektroden / lösningen fält så att fältet vid katoden främjar elektronutbytet från katoden in i lösningen, och fältet vid anoden - elektron inträde i anoden från lösningen;

4. balans framåt och bakåt reaktioner vid elektroderna (utbytesströmmar) förspända mot H + joner direktreduktions reaktioner vid katoden och oxidation av OH -joner vid anoden, eftersom de åtföljs av bildning av gas (H2 och O2) med förmåga att lätt fungera som lämnande reaktionszonen (le chateliers princip).

Experiment.

För kvantitativ utvärdering av spänningen över lasten av Donnan effekten utfördes ett experiment utfördes i vilka katod Element bestod av det aktiva kolet med den yttre grafitelektrod och en anod - en blandning av aktivt kol och anjonharts AB-17-8 med den yttre grafitelektrod. Elektrolyt - vattenhaltig NaOH-lösning, anod- och katodutrymmen är åtskilda av en syntetisk filt. På öppna externa elektroder av detta element hade en spänning på ca 50 mV. När den är ansluten till ett element av den externa belastningen 10 ohm fast ström av ca 500 mikroampere. När omgivningstemperaturen ökar från 20 till 30 0C spänning till den yttre elektroden ökade till 54 mV. Ökar spänningen vid den omgivande temperaturen bekräftar att källan till emf är diffusion, dvs. termisk rörelse av partiklarna.

För kvantitativ utvärdering av spänningen över lasten från den inre HPDC metall / halvledar experiment genomfördes, i vilken cellen katoden består av syntetiskt grafitpulver med den yttre grafitelektrod och en anod - ett pulver av borkarbid (B4C, p-halvledare) med den yttre grafitelektrod. Elektrolyt - vattenhaltig NaOH-lösning, anod- och katodutrymmen är åtskilda av en syntetisk filt. På öppna externa elektroder hos elementet spänningen var ca 150 mV. Vid anslutning av yttre belastning till elementet 50 kOhm spänningen sjunkit till 35 mV., En sådan stark spänningsfall beroende på den låga inneboende borkarbid och, som ett resultat, en hög inre resistans Element. Undersökning spänning-temperaturkarakteristiken för ett element av en sådan struktur inte utförs. Detta beror på det faktum att, för en halvledare, beroende på dess kemiska sammansättning, graden av dopning och andra egenskaper, temperaturförändringen på olika sätt kan påverka dess Fermi-nivån. dvs temperatureffekt på emf Element (ökning eller minskning), i detta fall beror på de material som används, så det är inte vägledande experiment.

Vid denna punkt fortsatte ett annat experiment i vilket cellkatod är gjord av en blandning av pulver av aktivt kol och KU-2-8 med den yttre rostfritt elektroden stål och anoden från en blandning av pulver av aktivt kol och anjonharts AB-17-8 till den yttre elektroden från rostfritt stål. Elektrolyt - vattenlösning av NaCl, anod- och katodutrymmena är separerade genom en syntetisk filt. Externa elektroder av detta element med i oktober 2011 ligger i stånd att kortsluta den passiva amperemeter. Ström som visar en amperemeter, ungefär en dag efter sin tur minskade med 1 mA - upp till 100 MKA (som uppenbarligen beroende på polarisationen av elektroderna), och sedan dess har mer än ett år ändras inte.

I praktiska experiment som beskrivs ovan i samband med de mera effektiva material otillgänglighet erhållna resultaten väsentligt lägre än teoretiskt möjligt. Dessutom vara medveten om att en del av den totala interna emk Elementet alltid förbrukas för att upprätthålla elektrodreaktionen (framställning av väte och syre) och kan inte mätas i den externa kretsen.

Slutsats.

Sammanfattningsvis kan vi konstatera att naturen ger oss möjlighet att omvandla värmeenergi till användbar energi eller arbete, samtidigt som du använder som "värmare" miljö och inte ha en "kylskåp". Sålunda Donnan effekt och intern IF omvandlas värmeenergi av de laddade partiklarna i elektriska fältenergin DEL som den endotermiska reaktionsvärmen omvandlas till kemisk energi.

Anses kontaktelementet förbrukar värme från mediet och vatten, och allokerar elektrisk effekt, väte och syre! Dessutom återvänder processen av energiförbrukningen och användningen av väte som ett bränsle, och vattnet tillbaka till värmemediet!

Del 3 i bilagan.

Denna del diskuteras vidare Donnan jämviktseffekt, vid korsningen av den inre HPDC metall / halvledare och Peltier värme på redoxreaktioner och elektrodpotentialer i elementet.

Donnan potential (bilaga №1)

Överväga mekanismen för förekomsten av Donnan potentialen för polyelektrolyt. Efter dissociation polyelektrolyt motjoner börjar sina små, genom diffusion, lämnar den volym som upptas av makromolekylen. Riktnings diffusion av motjoner av små volym polyelektrolyt makromolekyler i lösningsmedlet beror på ökad koncentration i bulken av makromolekylen i jämförelse med resten av lösningen. Ytterligare, om, till exempel, små motjoner är negativt laddade, resulterar detta i att den inre delen av makromolekylen är positivt laddade, och lösningen är i omedelbar anslutning till volymen av makromolekylen - negativa. dvs runt en positivt laddad macroion volym, det är ett slags "jon atmosfär" av de små motjoner - negativt laddade. Termine jonisk atmosfär laddnings tillväxt sker när elektrostatiska fältet mellan jonvolymen macroion atmosfär och balanserar den termiska diffusionen av små motjoner. Den resulterande jämviktspotentialskillnaden mellan atmosfären och de joniska macroions är Donnan potential. Donnan potential även kallad membranpotential, eftersom en liknande situation uppstår på ett semipermeabelt membran, till exempel, när den separerar elektrolytlösningen som har joner av två typer - kapabla och som inte kan passera därigenom av det rena lösningsmedlet.

Donnan potentialen kan betraktas som en begränsande fallet med diffusionspotentialen, när rörligheten hos en av de joner (i detta fall macroion) är noll. Sedan, enligt [1, s. 535], ta hand om disken är lika med ett:

E d = (RT / F) Ln ( a1 / a2), där

Ed - Donnan potential;

R - universella gaskonstanten;

T - termodynamisk temperatur;

F - Faradays konstant;

a1, a2 - counter-aktivitet i kontaktfaserna.

I denna medlem, varvid membranet separerar poliosnovaniya lösningar (pH = Lg en 1 = 14) och polysyra (pH = Lg en 2 = 0), Donnan potentialen över membranet vid rumstemperatur (T = 300 0 K) skulle vara:

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

Donnan potentiella ökar i direkt proportion till temperaturen. För diffusion av elektrokemisk cell Peltier värme är den enda källan för produktion av nyttigt arbete, är det inte förvånande att sådana element EMF ökar med ökande temperatur. I diffusionscell för produktion av arbete, är Peltier värme alltid tagit från omgivningen. När ström flyter genom EDL bildade Donnan effekt, i en riktning som sammanfaller med den positiva riktningen av fältet av DES (dvs när det gäller DES utför positivt arbete), värme absorberas från omgivningen för framställning av detta papper.

Men diffusionselementet är ett kontinuerligt och enkelriktat förändring i jonkoncentration, vilket slutligen leder till utjämning av koncentration och stoppa riktad diffusion, till skillnad från jämvikt Donnan, varvid, i ett fall av läckor kvasistatisk strömmar jonkoncentration, en gång har nått ett visst värde, är oförändrad .

Fig. 2 visar ett diagram av de redoxpotentialer av reaktionerna av väte och syre vid byte surheten hos lösningen. Diagrammet visar att elektrodpotentialen hos syrebildningsreaktionen i frånvaro av OH -joner (1,23 volt i en sur miljö) skiljer sig från samma potential vid hög koncentration (0,4 volt i ett alkaliskt medium) vid 0,83 volt. På liknande sätt, är elektrodpotentialen av väte bildande reaktionen i frånvaro av H + (-0.83 volt i alkaliskt medium) som skiljer sig från samma potential vid hög koncentration (0 V i ett surt medium), också vid 0,83 volt [4. 66-67]. dvs uppenbart att 0,83 volt krävs för att erhålla en hög koncentration av vatten i de respektive joner. Detta innebär att 0,83 volt erfordras för en massa av neutralt dissociation av vattenmolekyler in i H + och OH- joner. Sålunda, om membranet uppbärs i vår Element katodutrymme surt medium och i en alkalisk anodisk kan spänningen nå sina DEL 0,83 volt, vilket är i god överensstämmelse med de teoretiska beräkningarna som presenteras tidigare. Denna spänning ger en hög ledningsförmåga utrymme DES membranet genom vatten dissociation till joner inom den.

Fig. 2. Diagram redoxreaktion potentialer

sönderdelning av vatten, och H ^ -joner och OH- i väte och syre.

IF och Peltier värme (tillägg №2)

"Orsaken till Peltier-effekten är att den genomsnittliga energin för de laddningsbärare (för bestämdhet elektroner) som är involverade i den elektriska ledningsförmågan i olika ledare av olika ... I övergången från en ledare till en annan elektron eller överför överskotts elnätet eller komplettera en brist på energi på egen bekostnad (beroende på strömriktningen).

Fig. 3. Peltier-effekten på metallkontakten och halvledar n-: ԐF - Fermi-nivån; ԐC - botten av ledningsbandet hos halvledar; ԐV - valensbandet; I - positiv strömriktningen; cirklar med pilarna som visas schematiskt elektroner.

I det första fallet nära kontakten släpps, och den andra - den så kallade absorberade .. Peltier värme. Till exempel, på kontakthalvledar - metall (fig 3) energin hos elektronerna som passerar från n-typ halvledar till metall (vänster touch) är signifikant högre än Fermi-energi ԐF. Därför är de bryter mot den termiska jämvikts i metallen. Jämvikten återställs till följd av kollisioner, i vilken term elektroner, vilket ger överskottsenergi kristallint. rutnät. Halvledarmetall (höger touch) kan passera bara de mest energirika elektroner, så att elektrongasen i metallen svalnar. På återställande av jämviktsfördelning av svängningsenergi förbrukas gitter "[2, s. 552].

Att kontakta situationen metall / p-halvledare är likartad. eftersom p-konduktivitet halvledar hål ger dess valens band som ligger under den Ferminivån, sedan kontakt att kylas, i vilket elektroner strömmar från p-halvledaren till metallen. Peltier värme som frigöres eller absorberas genom kontakten mellan två ledare, på grund av produktionen av negativt eller positivt av den inre IF.

Ingår i den vänstra kontaktgapet (fig. 3), på vilken Peltier värmeallokering, en elektrolytisk cell, till exempel, vattenhaltig NaOH-lösning (Figur 4) och metallhalvledar och n-låt det vara kemiskt inert.

Fig. 4. Den vänstra kontakt n-halvledare och metallen är öppen och placerades i gapet hos elektrolytlösningen. Beteckningarna är desamma som i Fig. 3.

Eftersom, när ström flyter «I», halvledar av n-elektroner i högre energi anländer lösning än kommer ut ur lösning i metallen, måste denna överskottsenergi (hetta Peltier) står i cellen.

Strömmen genom cellen kan vara endast ett fall av läckor däri elektrokemiska reaktioner. Om den exoterma reaktionen i cellen, är Peltier-värme som frigörs i cellen, som mer hon har ingenstans att gå. Om reaktionen i cellen - endotermisk, är Peltier-värme helt eller delvis för att kompensera för den endoterma effekten, dvs. för att bilda en reaktionsprodukt. I detta exempel, den totala cellreaktionen: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotermisk, så värmen (energi) av Peltier är att skapa molekyler och H2 O2, är bildade på elektroderna. Således erhåller vi att värmen från Peltier selekterades i medium i den högra n-kontakt halvledare / metall inte släpps tillbaka ut i miljön, och lagras i form av kemisk energi av väte- och syremolekyler. Uppenbarligen är driften av den externa spänningskällan som konsumeras för elektrolys av vatten, i detta fall kommer att vara mindre än i fallet med identiska elektroder, orsakar ingen förekomst av Peltier-effekten ..

Oberoende av egenskaperna hos elektroderna, kan den elektrolytiska cellen själv absorberar eller avger värme när de passerar genom Peltier ström därtill. De kvasistatiska tillstånd, den potentiella förändringen av Gibbs celler [4, sid. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, där

Δ H - entalpiförändring av cellen;

T - termodynamisk temperatur;

Δ S - förändring i entropi av cellen;

Q = - T Δ S - hetta Peltier cell.

För en vätesyreelektrokemisk cell vid T = 298 (K), förändringen i entalpi ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, s. 120], förändringen i Gibbs potentialen [4. a. 60]:

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

z - antal elektroner per molekyl;

F - Faradays konstant;

E - emf cell.

därför

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

dvs. väte-syreelektrokemisk cell alstrar värme i Peltier-miljö, och samtidigt förbättra dess entropi och sänka dess. Då, i den inversa processen, elektrolys av vatten, vilket är fallet i vårt exempel, Peltier värme Q mod = - Q ave = - 47,3 (kJ / mol) av elektrolyten kommer att absorberas från omgivningen.

Beteckna P - Peltier värme tas från omgivningen i den högra n-kontakt halvledare / metall. Värme P> 0 måste stå i cellen, men eftersom sönderdelning av vatten i cellen endoterma reaktionen (Δ H> 0), är Peltier-värme P för att kompensera för den termiska effekten av reaktionen:

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

Mod Q beror endast på sammansättningen av elektrolyten, eftersom Det är en egenskap hos den elektrolytiska cellen med inerta elektroder, och n är beroende enbart elektrodmaterialen.

Ekvation (1) visar att värmen från Peltier P och Peltier värma mod Q, är produktionen av nyttigt arbete. dvs Peltier värme tas bort från mediet minskar kostnaderna för en extern strömkälla krävs för elektrolys. En situation där värmemediet är en energikälla för produktion av nyttigt arbete, är kännetecknande för diffusion, liksom för många elektrokemiska celler, är exempel på sådana element visas i [3, s. 248-249].

referenser

1. Gerasimov Ya. I. under fysikalisk kemi. Tutorial: För universitet. V 2 t. T.II. - 2: a uppl .. - M:. Chemistry, Moskva, 1973. - 624 s.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier effekt. // Fysisk uppslagsverk. I 5 m. T. III. Magneto - Poyntings sats. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. räknas. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bontj-Bruevich, A. Borovik-Romanov och andra - M:.. Storryska Encyclopedia, 1992. - 672 s. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Fysikalisk kemi. I 2 böcker. Vol. 1. Struktur för Materia. Termodynamik: Proc. för höga skolor; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M:. Högre. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Fysikalisk kemi. I 2 böcker. Vol. 2. Elektrokemi. Kemisk kinetik och katalys: Proc. för höga skolor; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M:. Högre. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV allmän kurs i fysik. Tutorial: För universitet. I 5 m. T.III. El. - 4: e upplagan, stereotyper .. - M: FIZMATLIT;. Förlag av MIPT 2004. - 656 s. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Fysikalisk kemi av polymerer. - M:. Chemistry, Moskva, 1968. - 536 s.
7. Vetter K. Elektro kinetik, översatt från tyska språket med författarens ändringar till den ryska upplagan, redigerad av Corr. USSR Academy of Sciences prof. Kolotyrkin YM - M:. Chemistry, Moskva, 1967. - 856 s.
8. P. Atkins Fysikalisk kemi. I två v. T.I., översatt från engelska av läkaren av kemiska vetenskaper Butin KP - M:. Mir, Moskva, 1980. - 580 s.