Ise Ti O Wulo Fun Iroyin Irora Irora

Apá 1 Diẹ ninu awọn ofin ati itumo.

Awọn electromotive agbara (emf) jẹ je ita agbara aaye ìka ni ninu a lọwọlọwọ orisun ... ita agbara anesitetiki ni electroplating ẹyin ni awọn aala laarin awọn electrolyte ati awọn amọna. Nwọn tun ṣiṣẹ lori awọn ala laarin awọn meji dissimilar awọn irin ati mọ awọn olubasọrọ o pọju iyato therebetween [5, p. 193, 191]. Iye fo lagbara lori gbogbo roboto ti awọn Circuit apakan ni dogba si awọn ti o pọju iyato laarin awọn conductors, be ni pq pari, ki o si ni a npe ni electromotive agbara emf adaorin Circuit ... pq wa nikan ti awọn conductors ti akọkọ irú jẹ dogba si o pọju fo laarin awọn akọkọ ati awọn ti o kẹhin adaorin ni taara kan si wọn (Volta ofin) ... Ti o ba ti Circuit ni daradara ìmọ, awọn emf yi Circuit ni odo. Lati se atunse awọn ìmọ-Circuit adaorin, ti o ba pẹlu ni o kere kan electrolyte, òfin volts ... han ni, nikan adaorin Circuit ni ninu ni o kere ọkan adaorin ti awọn keji ni irú ni o wa electrochemical ẹyin (tabi ẹwọn electrochemical eroja) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes ni o wa polima o lagbara ti dissociating sinu ions ni ojutu, bayi ni kanna macromolecule, kan ti o tobi nọmba ti nwaye owo ... crosslinked polyelectrolytes (dẹlẹ exchangers, dẹlẹ-paṣipaarọ resini) ko ni tu, nikan wú, nigba ti idaduro ni agbara lati dissociate [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate sinu ni odi agbara macroion ati H + ions wa ni a npe polyacids ati dissociates sinu daadaa agbara ions ati OH- macroion ti a npe ni poliosnovaniyami.

Donnan-wonsi o pọju ni o pọju iyato ti o waye ni awọn alakoso ala laarin awọn meji electrolytes o ba ti yi iye to ni ko permeable si gbogbo ions. Impermeability ifilelẹ lọ fun awọn ions le wa ni ṣẹlẹ, fun apẹẹrẹ, niwaju tanna pẹlu gidigidi dín pores eyi ti o wa impassable fun patikulu loke kan awọn iwọn. Yan ti alaye ti awọn wiwo waye ati ti o ba eyikeyi ions ki strongly sopọ si ọkan ninu awọn ifarahan ti o fi o ni gbogbo ko le. Gangan huwa ionic dẹlẹ paṣipaarọ resins, tabi dẹlẹ-paṣipaarọ Ẹgbẹ ti o wa titi homopolar mnu ni molikula latissi tabi matrix. Awọn ojutu, jije inu iru iwon fọọmu pọ pẹlu ti o kan nikan alakoso; ojutu, be ni ita, - keji [7. 77].

Awọn ina ė Layer (EDL) ti wa ni sẹlẹ ni ni wiwo ti awọn meji awọn ifarahan ṣeto ti oppositely agbara fẹlẹfẹlẹ sọnu ni kan awọn ijinna lati kọọkan miiran [7. 96].

Peltier fe yi ipinya tabi gbigba ti awọn ooru ni awọn olubasọrọ ti o yatọ meji conductors o da lori awọn itọsọna ti ina ti isiyi ti nṣàn nipasẹ awọn olubasọrọ [2, p. 552].

Apá 2: Lilo awọn ooru alabọde ni electrolysis ti omi.

Ro awọn siseto iṣẹlẹ ti awọn Circuit ti awọn didawaye (ninu eti lẹhinna ano), han schematically ni Ọpọtọ. 1, diẹ emf nitori awọn ti abẹnu olubasọrọ o pọju iyato (PKK) ati awọn ipa ti Donnan (finifini apejuwe ti awọn lodi ti awọn Donnan ipa, ti abẹnu PKK ati nkan Peltier ooru ti pese ni kẹta apa ti awọn article).

Ọpọtọ. 1. sikematiki oniduro ti ohun didawaye: 1 - awọn cathode ti wa ni ti farakanra pẹlu kan ojutu ti 3, awọn electrochemical idinku lenu ti awọn electrolyte cations waye lori awọn oniwe-dada, ṣe ti a chemically inert darale doped n-semikondokito. Apá ti awọn cathode pọ ti o si ita foliteji orisun, metallized; 2 - awọn anode ti wa ni ti farakanra pẹlu kan ojutu ti 4, lori dada rẹ waye electrochemical ifoyina lenu ti awọn electrolyte anions, ṣe ti chemically inert darale doped p-semikondokito. Apá ti awọn anode pọ ti o si ita foliteji orisun, metallized; 3 - cathode aaye, polyelectrolyte ojutu, dissociating ninu omi ni macroion R- ni odi agbara ati daadaa agbara counterions kekere K + (ni bayi apẹẹrẹ ni hydrogen dẹlẹ H +); 4 - anode kompaktimenti polyelectrolyte ojutu ninu omi dissociating sinu daadaa agbara macroion R + ati ki o ni odi agbara counterions kekere A- (ni yi apẹẹrẹ ti o hydroxide ions OH-); 5 - awọn awo (diaphragm), ti wa ni impermeable to macromolecules (macroion) polyelectrolytes, sugbon patapata permeable to kekere counterions K +, A- ati omi ohun ti pín aaye 3 ati 4; Evnesh - ohun ita foliteji orisun.

Emf nipa Donnan ipa

Fun wípé, awọn electrolyte ti awọn cathode aaye (. 3, Figure 1) ti wa ni ti a ti yan olomi polyacid ojutu (R-H +), awọn electrolyte ati awọn anode kompaktimenti (4, ọpọtọ 1.) - olomi poliosnovaniya (R + OH-). Bi abajade ti bawon polyacids ni cathode kompaktimenti, nitosi awọn dada ti awọn cathode (1, Ọpọtọ. 1), nibẹ jẹ ẹya pọ si fojusi ti H + ions. Rere idiyele han ni awọn agbegbe ti awọn cathode dada ti wa ni ko san owo odi agbara macroions R-, niwon nwọn ko le wa sunmo si dada ti awọn cathode nitori awọn oniwe-iwọn ati ki o niwaju a daadaa agbara ionic bugbamu (fun awọn alaye ri. Apejuwe Donnan ipa ni Afikun ile №1 ti awọn kẹta apa ti awọn article). Bayi, awọn ala Layer ti a ojutu taara ni olubasọrọ pẹlu awọn cathode dada ni o ni kan rere idiyele. Bi awọn kan abajade, ohun electrostatic fifa irọbi lori cathode dada, contiguous pẹlu awọn ojutu, nibẹ ni a odi idiyele ti awọn afonahan elekitironi. ie ni wiwo laarin awọn cathode dada ati des ojutu waye. Field ti awọn des ti i elekitironi lati cathode - lati awọn ojutu.

Bákan náà, lori awọn anode (2, Ọpọtọ. 1), awọn ala Layer ti awọn ojutu ni anode kompaktimenti (4, Ọpọtọ. 1) taara ni olubasọrọ pẹlu awọn anode dada ni o ni odi kan idiyele, ati lori awọn anode dada, contiguous pẹlu awọn ojutu, nibẹ ni a rere idiyele. ie ni wiwo laarin awọn anode dada ati ojutu tun waye des. Field ti awọn des ti i elekitironi lati ojutu - a anode.

Bayi, awọn aaye ti des ni atọkun ti awọn cathode ati anode pẹlu awọn ojutu, ni atilẹyin gbona ojutu dẹlẹ tan kaakiri, ni o wa meji ti abẹnu emf orisun, anesitetiki ni ere pẹlu ohun ita orisun, i.e., titari si awọn odi owo ni lupu counterclockwise.

Bawon poliosnovaniya polyacids ati ki o tun fa gbona tan kaakiri nipasẹ awọn awo (5, Figure 1). H + ions lati cathodic aaye - si anode, ati OH- ions lati anode kompaktimenti - a cathode. Macroion R + ati R- polyelectrolytes ko le gbe nipasẹ awọn awo, ki o lati cathode aaye nibẹ jẹ ẹya excess odi idiyele, ati lati anodic aaye - ẹya excess rere idiyele, i.e., nibẹ ni miran, loôseô to nitori awọn Donnan ipa. Bayi, awọn awo tun waye inu awọn emf, anesitetiki ni ere pẹlu ohun ita orisun ti ooru tan kaakiri ati muduro ni ojutu ti ions.

Ni wa apẹẹrẹ, awọn foliteji kọja awọn awo le de ọdọ 0,83 volts, bi yi ni ibamu si a ayipada ninu pọju ti boṣewa hydrogen elekiturodu lati - 0,83 to 0 volts ni orilede lati awọn ipilẹ alabọde ni anode kompaktimenti awọn cathode kompaktimenti ekikan ayika. Fun alaye, wo. Ni Afikun №1 ti awọn kẹta apa ti awọn article.

Emf PKK lati inu

The Ano emf Ti o ba waye, pẹlu ninu awọn olubasọrọ semikondokito anode ati cathode si wọn irin awọn ẹya sìn lati so awọn ita foliteji orisun. yi emf nitori ti abẹnu PKK. Ti abẹnu ba ko ṣẹda, ni idakeji si awọn ita oko ni awọn aaye agbegbe awọn olubasọrọ conductors, i.e. O ko ni ni ipa ni išipopada ti gba agbara awon patikulu ita awọn conductors. Ikole n-semikondokito / irin / p-semikondokito ni to mọ ki o si ti lo, fun apẹẹrẹ, a thermoelectric Peltier module. Bii awọn emf iru kan be ni yara otutu le de ọdọ iye ti awọn aṣẹ ti 0,4 - 0.6 folti [5, p. 459; 2, p. 552]. Aaye ninu olubasọrọ ti wa ni directed ni iru kan ona ti won Titari elekitironi counterclockwise ni lupu, i.e. ṣe ni ere pẹlu awọn ita orisun. Awọn elekitironi ró ni agbara ipele ti awọn alabọde absorbing awọn ooru ti awọn Peltier.

Ti abẹnu ba dide nitori awọn tan kaakiri ti elekitironi ni awọn olubasọrọ agbegbe ti awọn amọna ati awọn ojutu, lori awọn ilodi si, ti i elekitironi ninu awọn clockwise itọsọna ni lupu. ie awọn išipopada ti elekitironi ni Ano counterclockwise ninu awọn olubasọrọ gbọdọ wa ni soto Peltier ooru. ṣugbọn nitori awọn gbigbe ti elekitironi lati cathode sinu ojutu ati ti awọn ojutu ni anode ti wa ni dandan de pelu ohun endothermic lenu ti o npese hydrogen ati atẹgun, awọn ooru ti awọn Peltier ti ko ba tu sinu alabọde, ati ki o jẹ lati din endothermic Ipa, i.e. bi "ti fipamọ" ni enthalpy ti Ibiyi ti hydrogen ati atẹgun. Fun alaye, wo. Ni Afikun №2 kẹta apa ti awọn article.

ẹjẹ (elekitironi ati ions) gbe ni Ano Circuit ko titi ototo, ko si owo ni ano ni ko gbigbe ni kan titi Circuit. Kọọkan itanna anode gba lati ni ojutu (ni papa ti ifoyina ti OH- ions to atẹgun ohun ti), nwọn si là ohun ita Circuit si cathode, ti wa ni volatilized pọ pẹlu hydrogen ohun ti (ni awọn ilana ti gbigba ti ions H +). Bakanna ions OH- ati H + ko gbe ni kan titi Circuit, sugbon nikan lati awọn ti o baamu elekiturodu, ati ki o evaporate ni awọn fọọmu ti molikula hydrogen ati atẹgun. ie ati awọn ions ati awọn elekitironi kọọkan gbigbe ninu awọn oniwe-ayika ni iyarasare aaye ti des, ati opin ti awọn ona, nigbati nwọn de ọdọ awọn dada ti elekiturodu ti wa ni idapo ni moleku, o nyi gbogbo ti o ti fipamọ agbara - awọn agbara ti a kemikali mnu, ati ki o jade ti awọn lupu!

Gbogbo awọn ti awọn ti abẹnu orisun ti emf Ano, din owo ita orisun fun omi electrolysis. Bayi, awọn ooru ti awọn ibaramu absorbing eroja nigba awọn oniwe-isẹ ti lati ṣetọju tan kaakiri ti des, ni lati din iye owo ti awọn ita orisun, i.e., O mu ki awọn electrolysis ṣiṣe.

Electrolysis ti omi laisi eyikeyi ita orisun.

Ni atunwo awọn ilana sẹlẹ ni ni ano han ni Ọpọtọ. 1, ohun ita orisun sile ko ba wa ni ya sinu iroyin. Rò pe awọn ti abẹnu resistance jẹ dogba si Rd ati ki o kan foliteji ti 0. Ti Evnesh Ano amọna ti wa ni shorted to a palolo fifuye (wo Ọpọtọ. 5). Ninu apere yi, awọn itọsọna ati bii ti des aaye dide ni wiwo ni awọn eroja wa kanna.

Ọpọtọ. 5. Dipo Evnesh (Ọpọtọ. 1) pẹlu palolo fifuye RL.

Mọ awọn ipo ti lẹẹkọkan lọwọlọwọ sisan ni yi ano. Yiyipada Gibbs o pọju, ni ibamu si awọn agbekalẹ (1) ti Afikun №1 ti awọn kẹta apa ti awọn article:

Δ G arr = (Δ H arr - n) + Q moodi

Ti o ba ti P> Δ H + Q moodi moodi = 284,5 - 47.2 = 237.3 (kJ / mol) = 1.23 (eV / moleku)

awọn Δ G arr <0 ati lẹẹkọkan ilana ni ṣee ṣe.

A yoo ro siwaju wipe eroja hydrogen iran lenu waye ni ohun ekikan alabọde (elekiturodu o pọju of 0 volts), ati atẹgun ni ohun ipilẹ (elekiturodu o pọju ti 0,4 volts). Iru elekiturodu lagbara pese a awo (5, Ọpọtọ. 5), awọn foliteji ni eyi ti yi o yẹ ki o wa ni 0,83 volts. ie ni agbara ti a beere fun awọn Ibiyi ti hydrogen ati atẹgun ti wa ni dinku nipa 0.83 (eV / moleku). Ki o si awọn majemu ti awọn seese ti lẹẹkọkan ilana yoo:

P> 1.23 - 0.83 = 0,4 (eV / moleku) = 77.2 (kJ / mol) (2)

A ri pe awọn agbara idankan ti awọn hydrogen ati atẹgun ohun ti avoidable ati lai lilo ohun ita foliteji orisun. ie ani ni n = 0,4 (eV / moleku), i.e. nigbati awọn akojọpọ elekiturodu HPDC 0,4 volts, ano ni yio je ni ipinle kan ti ìmúdàgba-wonsi, ati eyikeyi (ani kekere) iyipada ti awọn dọgbadọgba ipo yoo fa awọn ti isiyi ninu awọn Circuit.

Miran ti idiwọ si awọn aati ni amọna ni awọn ibere ise agbara, ṣugbọn o ti wa ni eliminated nipa awọn eefin ipa, ti o dide nitori awọn smallness ti awọn aafo laarin awọn amọna ati awọn ojutu [7, p. 147-149].

Bayi, lori ilana ti agbara ti riro, a pinnu wipe lẹẹkọkan lọwọlọwọ ninu awọn ano han ni Ọpọtọ. 5, o jẹ ṣee ṣe. Ṣugbọn ohun ti ara idi le fa yi lọwọlọwọ? Awọn wọnyi ni idi ti wa ni akojọ si isalẹ:

1. Awọn iṣeeṣe ti awon orilede ti elekitironi lati cathode sinu ojutu ti o ga ju awọn iṣeeṣe ti orilede lati anode sinu ojutu, niwon n-semikondokito cathode o ni opolopo ti free elekitironi pẹlu kan to ga agbara ipele, ati awọn p-semikondokito anode - nikan "ihò", ati awọn wọnyi "ihò" ni o wa ni ohun agbara ipele ni isalẹ awọn cathode elekitironi;

2. Awọn awo ni atilẹyin ni cathode aaye ti ẹya ekikan ayika, ati ninu awọn anode - ipilẹ. Ninu awọn idi ti inert amọna, yi nyorisi si ni otitọ wipe a cathode elekiturodu o pọju di o tobi ju ni anode. Nitori naa, elekitironi gbọdọ gbe nipasẹ ohun ita Circuit lati anode si cathode;

3. Awọn dada idiyele ti awọn polyelectrolyte solusan dide nitori awọn Donnan Ipa, ṣẹda ni elekiturodu / ojutu oko iru awọn ti oko ni cathode nse itanna ikore lati cathode sinu ojutu, ati oko ni anode - itanna titẹsi sinu awọn anode lati ojutu;

4. iwontunwonsi siwaju ati ki o ẹnjinia aati ni amọna (paṣipaarọ sisan) abosi si H + ions taara idinku aati ni cathode ati ifoyina ti OH- ions ni anode, niwon ti won ti wa ni de pelu Ibiyi ti gaasi (H2 ati O2) ti o lagbara awọn iṣọrọ nlọ lenu ibi (Le Chatelier ká Ilana).

Adanwo.

Fun pipo imọ ti awọn foliteji kọja awọn fifuye nipasẹ awọn Donnan ipa, ohun ṣàdánwò ti a ṣe ninu eyi ti awọn cathode Ano je ti awọn mu ṣiṣẹ erogba pẹlu awọn lode lẹẹdi elekiturodu ati awọn ẹya anode - adalu mu ṣiṣẹ erogba ati anion resini AB-17-8 pẹlu awọn lode lẹẹdi elekiturodu. Electrolyte - olomi NaOH ojutu, anode ati cathode awọn alafo ti wa ni niya nipa kan sintetiki ro. Lori ìmọ ita amọna ti yi ano ní a foliteji ti nipa 50 MV. Nigba ti a ti sopọ si ohun ano ti awọn ita fifuye 10 Ohm ti o wa titi ti isiyi ti nipa 500 microamps. Nigbati awọn ibaramu otutu posi lati 20 si 30 0C foliteji si ita elekiturodu pọ si 54 MV. Jijẹ foliteji ni ibaramu otutu jerisi pe awọn orisun ti emf ni tan kaakiri, i.e. gbona išipopada ti awọn patikulu.

Fun pipo imọ ti awọn foliteji kọja awọn fifuye lati ni akojọpọ HPDC irin / semikondokito ṣàdánwò ti a waiye ni eyi ti awọn cell cathode oriširiši ti sintetiki lẹẹdi lulú pẹlu awọn lode lẹẹdi elekiturodu ati awọn ẹya anode - a lulú ti boron carbide (B4C, p-semikondokito) pẹlu awọn lode lẹẹdi elekiturodu. Electrolyte - olomi NaOH ojutu, anode ati cathode awọn alafo ti wa ni niya nipa kan sintetiki ro. Lori ìmọ ita amọna ti awọn ano foliteji wà nipa 150 MV. Nigbati pọ awọn ita fifuye si awọn ano 50 kOhm foliteji silẹ si 35 MV., Iru kan to lagbara foliteji ju nitori awọn kekere ojulowo boron carbide ati, bi awọn kan abajade, a ga ti abẹnu resistance Ano. Iwadi foliteji dipo otutu fun ohun ano ti iru be ti ko ba ti gbe jade. Eleyi jẹ nitori si ni otitọ wipe, fun a semikondokito, ti o da lori awọn oniwe-kemikali tiwqn, ìyí ti doping ati awọn miiran ini, awọn iwọn otutu ayipada ni awọn ọna oriṣiriṣi le ni agba awọn oniwe-Fermi ipele. ie otutu ipa lori emf Ano (ilosoke tabi isalẹ), ninu apere yi da lori awọn ohun elo ti lo, ki yi ni ko ti itọkasi ṣàdánwò.

Ni aaye yi o si tesiwaju miran ṣàdánwò ninu eyi ti cell cathode ti wa ni ṣe kan ti a ti adalu ti mu ṣiṣẹ erogba etu ati KU-2-8 pẹlu awọn lode alagbara, irin elekiturodu ati awọn anode lati kan adalu ti mu ṣiṣẹ erogba etu ati anion resini AB-17-8 si ita elekiturodu lati irin alagbara, irin. Electrolyte - olomi ojutu ti NaCl, awọn anode ati cathode awọn alafo ti wa ni niya nipa kan sintetiki ro. Ita amọna ti yi ano pẹlu October 2011 wa ni anfani lati kukuru-Circuit awọn palolo ammeter. Lọwọlọwọ eyi ti fihan ohun ammeter, nipa ọjọ kan lẹhin Tan, din ku nipa 1 MA - soke to 100 mkA (ti o jẹ nkqwe nitori awọn apa otu ati ti osi ti awọn amọna), ati niwon ki o si siwaju sii ju odun kan ko ni yi.

Ni wulo adanwo ti salaye loke ni asopọ pẹlu awọn diẹ munadoko ohun elo sunmọ gba awọn esi substantially kekere ju oṣeeṣe ṣee ṣe. Ni afikun, jẹ mọ pe apa ti awọn lapapọ ti abẹnu emf Ano nigbagbogbo run fun mimu awọn elekiturodu lenu (isejade ti hydrogen ati atẹgun) ati ki o le wa ko le won ni awọn ita Circuit.

Ipari.

Summing soke, a le pinnu wipe iseda gba wa lati se iyipada gbona agbara sinu wulo agbara tabi iṣẹ, nigba ti lilo bi a "ti ngbona" ayika ati ki o ko nini a "firiji". Bayi Donnan ipa ati awọn ti abẹnu ba iyipada gbona agbara ti awọn agbara patikulu ni ina oko agbara omo bi awọn endothermic lenu ooru ti ni iyipada sinu kemikali agbara.

Kà olubasọrọ ano agbara ooru lati alabọde ati omi, ati ki o allocates ina agbara, hydrogen ati atẹgun! Jubẹlọ, awọn ilana ti agbara agbara ati awọn lilo ti hydrogen bi a idana, ati awọn omi pada pada si awọn ooru alabọde!

Apá 3 ti awọn Afikun ile.

Yi apakan wa ni siwaju sísọ Donnan-wonsi ipa, ni ipade ọna ti awọn akojọpọ HPDC irin / semikondokito ati Peltier ooru lori redox aati ati elekiturodu lagbara ninu awọn ano.

Donnan o pọju (Àfikún №1)

Ro awọn siseto iṣẹlẹ ti Donnan o pọju fun polyelectrolyte. Lẹhin ti bawon polyelectrolyte counterions bẹrẹ awọn oniwe-kekere, nipa tan kaakiri, nto kuro ni iwọn didun ti tẹdo nipasẹ awọn macromolecule. Itọnisọna tan kaakiri ti counterions ti kekere iwọn didun polyelectrolyte macromolecules ni epo jẹ nitori si pọ si fojusi ninu awọn olopobobo ti awọn macromolecule bi akawe pẹlu awọn iyokù ti awọn ojutu. Siwaju si, ti o ba ti, fun apẹẹrẹ, kekere counterions ti wa ni odi agbara, yi àbábọrẹ ni wipe awọn akojọpọ ìka ti awọn macromolecule ti wa ni daadaa agbara, ati awọn ojutu ni lẹsẹkẹsẹ nitosi si awọn iwọn didun ti awọn macromolecule - odi. ie ni ayika kan daadaa agbara macroion iwọn didun, nibẹ ni a irú ti "dẹlẹ bugbamu" ti awọn kekere counter-ions - odi agbara. Ifopinsi ionic bugbamu ti idiyele idagbasoke waye nigbati awọn electrostatic aaye laarin awọn dẹlẹ iwọn didun macroion bugbamu ti ati òṣuwọn awọn gbona tan kaakiri ti kekere counterions. Abajade-wonsi o pọju iyato laarin awọn bugbamu ti ati awọn ionic macroions ni Donnan pọju. Donnan o pọju ti wa ni tun tọka si bi awo pọju, nitori a iru ipo waye lori kan semipermeable awo, fun apẹẹrẹ, nigbati o ya awọn electrolyte ojutu ti o ni ions ti meji iru - lagbara ati ki o ko o lagbara ti ran therethrough ti awọn funfun epo.

Donnan o pọju le ti wa ni kà bi a diwọn idi ti awọn tan kaakiri o pọju, nigbati awọn arinbo ti ọkan ninu awọn ions (ninu apere yi macroion) jẹ odo. Ki o si, ni ibamu si [1, p. 535], mu idiyele ti counter dogba si ọkan:

E d = (RT / F) Ln ( A1 / A2), ibi ti

Ed - Donnan o pọju;

R - gbogbo gaasi ibakan;

T - thermodynamic otutu;

F - Faraday ibakan;

A1, A2 - counter-ṣiṣe ni awọn olubasọrọ ifarahan.

Ni yi egbe, ninu eyiti awọn awo ya poliosnovaniya solusan (pH = Lg a 1 = 14) ati polyacid (pH = Lg a 2 = 0), Donnan o pọju kọja awọn awo ni yara otutu (T = 300 0 K) ni yio jẹ:

E d = (RT / F) (Lg a 1 - Lg a 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 Volts

Donnan o pọju posi ni taara ti o yẹ fun otutu. Fun tan kaakiri ti awọn didawaye Peltier ooru ni awọn ẹri ti orisun fun awọn gbóògì ti wulo iṣẹ, o jẹ ko yanilenu wipe iru eroja emf mu pẹlu jijẹ liLohun. Ni tan kaakiri cell fun isejade ti iṣẹ, Peltier ooru ti wa ni nigbagbogbo ya lati awọn ayika. Nigba ti isiyi óę nipasẹ awọn EDL akoso Donnan ipa, ni a itọsọna coinciding pẹlu awọn rere itọsọna ti awọn aaye ti des (i.e., nigbati awọn aaye ti des ṣe rere iṣẹ), ooru wa ni o gba lati awọn ayika fun isejade ti yi iwe.

Ṣugbọn awọn tan kaakiri ano ni a lemọlemọfún ati unidirectional ayipada ninu dẹlẹ fojusi, eyi ti o be naa nyorisi si equalization ti fojusi ati idekun directed tan kaakiri, ko wonsi Donnan, ninu eyiti, ni a irú ti n jo quasistatic sisan dẹlẹ fojusi, ni kete ti ntẹriba ami kan awọn iye, maa wa ko yato .

Ọpọtọ. 2 fihan kan atọka ti awọn redox lagbara ti awọn aati ti hydrogen ati atẹgun nigbati yiyipada awọn acidity ti awọn ojutu. Awọn chart fihan wipe awọn elekiturodu o pọju ti awọn atẹgun Ibiyi lenu ni awọn isansa ti OH- ions (1.23 volts ni ohun ekikan ayika) ti o yatọ si lati kanna pọju ni ga fojusi (0,4 volts ni ohun ipilẹ alabọde) ni 0,83 volts. Bakan, awọn elekiturodu o pọju ti hydrogen-lara lenu ni awọn isansa ti H + (-0.83 volts ni ipilẹ alabọde) ti o yatọ si lati kanna pọju ni ga fojusi (0 V ni ohun acid alabọde), tun ni 0,83 volts [4. 66-67]. ie eri wipe 0,83 volts wa ni ti beere ni ibere lati gba a ga fojusi ti omi ninu awọn oniwun ions. Eleyi tumo si wipe 0,83 volts wa ni ti beere fun ibi-ti didoju bawon ti omi ohun sinu H + àti OH- ions. Bayi, ti o ba awọn awo ti wa ni atilẹyin ninu wa Ano cathode aaye ekikan alabọde ati ki o ni ohun ipilẹ anodic, awọn foliteji le de ọdọ awọn oniwe-omo 0,83 volts, ti o jẹ ni o dara adehun pẹlu awọn tumq si se isiro gbekalẹ sẹyìn. Eleyi foliteji pese kan to ga elekitiriki aaye des awo nipa omi bawon sinu ions laarin o.

Ọpọtọ. 2. aworan atọka redox lenu lagbara

jijera ti omi, ati H + ions ati OH- sinu hydrogen ati atẹgun.

Ba ati Peltier ooru (Àfikún №2)

"Awọn fa ti awọn Peltier ipa ni wipe awọn apapọ agbara ti awọn idiyele ẹjẹ (fun definiteness elekitironi) lowo ninu awọn ina elekitiriki ni orisirisi conductors ti o yatọ si ... Ni awọn orilede lati ọkan adaorin sinu miiran itanna tabi atagba excess agbara akoj tabi ṣàfikún a aini ti agbara ni awọn oniwe-laibikita (da lori lọwọlọwọ itọsọna).

Ọpọtọ. 3. Awọn Peltier ipa lori awọn olubasọrọ irin ati awọn semikondokito n-: ԐF - Fermi ipele; ԐC - isalẹ ti afonahan iye ti awọn semikondokito; ԐV - valence iye; Mo - rere itọsọna ti isiyi; iyika pẹlu ọfà han schematically elekitironi.

Ni akọkọ nla nitosi awọn olubasọrọ ti wa ni tu, ati awọn keji - awọn bẹ-ti a npe ni o gba .. Peltier ooru. Fun apẹẹrẹ, lori awọn olubasọrọ semikondokito - irin (Figure 3) ni agbara ti awọn elekitironi ti o ṣe lati n-Iru semikondokito to irin (osi ifọwọkan) jẹ significantly ti o ga ju awọn Fermi agbara ԐF. Nitorina, ti won ti wa violating awọn gbona-wonsi ninu awọn irin. -Wonsi ti wa ni pada bi kan abajade ti collisions, ninu eyi ti thermalized elekitironi, fifun ni excess agbara okuta. akoj. Awọn semikondokito irin (ọtun ifọwọkan) le ṣe nikan ni julọ funnilokun elekitironi, ki itanna gaasi ni awọn irin cools. Lori atunse ti wonsi pinpin oscillation agbara run ọlọnà "[2, p. 552].

Lati kan si awọn irin / p-semikondokito ipo jẹ iru. nitori p-elekitiriki semikondokito ihò pese awọn oniwe-valence iye ti o jẹ ni isalẹ awọn Fermi ipele, ki o si awọn olubasọrọ yoo wa ni tutu, ninu eyi ti elekitironi ṣàn lati p-semikondokito si awọn irin. Peltier ooru tu tabi gba awọn olubasọrọ ti meji conductors, nitori awọn isejade ti odi tabi rere ti awọn ti abẹnu ba.

To wa ni osi olubasọrọ aafo (Ọpọtọ. 3), lori eyi ti awọn Peltier ooru ipin, ohun electrolytic cell, fun apẹẹrẹ, olomi NaOH ojutu (Figure 4) ati irin semikondokito ati n-jẹ ki o jẹ chemically inert.

Ọpọtọ. 4. Awọn osi olubasọrọ n-semikondokito ati awọn irin ni sisi ati ki o gbe ni aafo ti awọn electrolyte ojutu. Designations ni o wa kanna bi ni Ọpọtọ. 3.

Nitori, nigba ti isiyi óę «Mo», awọn semikondokito ti n-elekitironi ni ga agbara de ojutu ju bọ jade ti ojutu ni awọn irin, yi excess agbara (ooru ti Peltier) gbọdọ duro ni awọn sẹẹli.

Awọn lọwọlọwọ nipasẹ awọn cell ni o le wa nikan kan nla ti n jo ninu rẹ electrochemical aati. Ti o ba ti exothermic lenu ninu awọn cell, awọn Peltier ooru ti wa ni tu ni cell, bi diẹ ni o ni besi lati lọ. Ti o ba ti awọn lenu ninu awọn cell - endothermic, awọn Peltier ooru ni patapata tabi gba lati isanpada fun awọn endothermic ipa, ie, lati fẹlẹfẹlẹ kan ti lenu ọja. Ni yi apẹẹrẹ, awọn lapapọ cell lenu: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endothermic, ki awọn ooru (agbara) ti Peltier ni lati ṣẹda ohun ti ati H2 O2, ti wa ni akoso lori amọna. Bayi, a gba pe awọn ooru ti awọn Peltier ti yan ni alabọde ni ọtun n-olubasọrọ semikondokito / irin ti ko ba tu pada sinu ayika, ki o si ti wa ni fipamọ ni awọn fọọmu ti kemikali agbara ti hydrogen ati atẹgun ohun ti. O han ni, ni isẹ ti awọn ita foliteji orisun ti ni je fun awọn electrolysis ti omi, ninu apere yi ni yio je kere ju ninu awọn idi ti aami amọna, nfa ko si iṣẹlẹ ti awọn Peltier ipa ..

Lai ti awọn ini ti awọn amọna, awọn electrolytic cell ara le fa tabi ina ooru nigba ti ran nipasẹ awọn Peltier lọwọlọwọ moomo. Awọn kioto-aimi ipo, awọn ti o pọju iyipada ti awọn Gibbs ẹyin [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, ni ibi ti

Δ H - enthalpy iyipada ti awọn cell;

T - thermodynamic otutu;

Δ S - ayipada ninu awọn alaye yiyan ti awọn sẹẹli;

Q = - T Δ S - ooru ti Peltier cell.

Fun kan hydrogen-atẹgun didawaye ni T = 298 (K), awọn ayipada ninu enthalpy ΔHpr = - 284.5 (kJ / mol) [8, p. 120], awọn ayipada ninu awọn Gibbs o pọju [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (kJ / mol), ibi ti

z - nọmba ti elekitironi fun moleku;

F - Faraday ibakan;

E - emf cell.

nitorina

Q Ave = - T Δ S Ave = Δ G ati be be lo - Δ H ati be be lo = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (kJ / mol)> 0,

ie hydrogen-atẹgun didawaye gbogbo ooru ni Peltier ayika, nigba ti imudarasi awọn oniwe-alaye yiyan ati sokale awọn oniwe-. Nigbana ni, ninu awọn onidakeji ilana, awọn electrolysis ti omi, eyi ti o jẹ ni irú ninu wa apẹẹrẹ, Peltier ooru Q moodi = - Q Ave = - 47.3 (kJ / mol) ti electrolyte yoo wa ni o gba lati awọn ayika.

Yan P - Peltier ooru ya lati awọn ayika ni ọtun n-olubasọrọ semikondokito / irin. Awọn ooru P> 0 gbọdọ duro ni awọn alagbeka, ṣugbọn nitori jijera ti omi ni cell endothermic lenu (Δ H> 0), awọn Peltier ooru P ni lati isanpada fun awọn gbona ipa ti awọn lenu:

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

Mod Q da nikan lori tiwqn ti awọn electrolyte, niwon O ti wa ni a ti iwa ti awọn electrolytic cell pẹlu inert amọna, ati n jẹ ti o gbẹkẹle nikan lori elekiturodu ohun elo.

Idogba (1) fihan wipe awọn ooru ti awọn Peltier P ati Peltier ooru moodi Q, ni o wa isejade ti wulo iṣẹ. ie Peltier ooru ya kuro lati alabọde din iye owo ti ohun ita orisun agbara beere fun electrolysis. A ipo ibi ti awọn ooru alabọde jẹ orisun kan ti agbara fun isejade ti wulo iṣẹ, ni ti iwa ti tan kaakiri, bi daradara bi fun ọpọlọpọ electrochemical ẹyin, apeere ti iru eroja ti wa ni han ni [3, p. 248 - 249].

to jo

1. Gerasimov Ya. I. papa ti ara kemistri. Tutorial: Fun egbelegbe. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M.: Kemistri, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier ipa. // ara ìmọ ọfẹ. Ni 5 m. T. III. Magneto - Poynting Theorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. ka. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov ati awọn miran -. M.: Great Russian Encyclopedia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical Chemistry. Ni 2 iwe ohun. Vol. 1. Be ti ọrọ. Thermodynamics: Pirogi. fun ga ile-iwe; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. 3rd ed .. - M.: Ga. wk, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical Chemistry. Ni 2 iwe ohun. Vol. 2. Electrochemistry. Kemikali kinetikisi ati catalysis: Pirogi. fun ga ile-iwe; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M.: Ga. wk, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Sivukhin DV gbogboogbo dajudaju ti fisiksi. Tutorial: Fun egbelegbe. Ni 5 m. T.III. Ina. - 4th ed, stereotypes .. - M.: FIZMATLIT; Te ile ti awọn MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. ara kemistri ti polima. - M.: Kemistri, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical kinetikisi, nipo lati German ede pẹlu awọn onkowe ká atunse si awọn Russian àtúnse, satunkọ nipa Corr. USSR Academy of Sciences Ojogbon. Kolotyrkin YM - M.: Kemistri, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. Ni 2 v. T.I., nipo lati English ede ti dokita ti kemikali sáyẹnsì Butin KP - M.: Mir, Moscow, 1980. - 580 p.