Treball útil per la calor de Medi Ambient

Part 1. Alguns termes i definicions.

La força electromotriu (fem) és part de camp de força externa integral que comprèn una font de corrent ... força externa que actua en galvanoplàstia cèl·lules en els límits entre l'electròlit i els elèctrodes. També operen en el límit entre dos metalls diferents i determinen el contacte potencial diferència entre elles [5, pàg. 193, 191]. Suma salta potencials en totes les superfícies de la secció del circuit és igual a la diferència de potencial entre els conductors, situats en els extrems de la cadena, i es diu el circuit conductor força electromotriu EMF ... cadena que consisteix només en els conductors de la primera classe és igual al salt de potencial entre el primer i l'últim conductor en directe contacte amb ells (la llei Volta) ... Si el circuit està obert correctament, la fem aquest circuit és zero. Per corregir el conductor d'circuit obert, que inclou almenys un electròlit, volts llei aplicable ... Òbviament, només el circuit conductor que comprèn almenys un conductor de la segona classe són cèl·lules electroquímiques (o cadenes elements electroquímics) [1, pàg. 490-491].

Els polielectròlits són polímers capaços de dissociar en ions en solució, per tant en la mateixa macromolècula, un gran nombre de càrrecs recurrents ... polielectròlits reticulats (intercanviadors d'ions, la resina d'intercanvi iònic) no es dissol, només s'infli, alhora que conserva la capacitat de dissociar [6, pàg. 320-321]. Els polielectròlits es dissocien en macroion carregat negativament i els ions H + es diuen poliácidos i es dissocia en ions carregats positivament i macroion OH- anomenats poliosnovaniyami.

Donnan potencial d'equilibri és la diferència de potencial que es produeix en el límit de fase entre els dos electròlits si aquest límit no és permeable a tots els ions. límits d'impermeabilitat per a alguns ions poden ser causats, per exemple, la presència de membranes amb porus molt estrets que són impracticables per les partícules per sobre d'una certa mida. la permeabilitat selectiva de la interfície es produeix i si qualsevol ió tan fortament vinculades a una de les fases que deixen en general no poden. Exactament comportar-resines d'intercanvi iònic iònics, o grup d'intercanvi iònic fixa enllaç homopolar a la xarxa molecular o matriu. La solució, estant dins de tals formes de matrius juntament amb ella una sola fase; solució, que es troba fora, - el segon [7. 77].

La doble capa elèctrica (EDL) es produeix en la interfase de les dues fases conjunt de capes amb càrregues oposades disposades a una certa distància uns dels altres [7. 96].

Efecte Peltier aquest aïllament o absorció de calor en el contacte de dos conductors diferents depenent de la direcció del corrent elèctric que flueix a través del contacte [2, pàg. 552].

Part 2: Utilitzant el mitjà de calor a l'electròlisi de l'aigua.

Penseu el mecanisme d'aparició del circuit de la cèl·lula electroquímica (element d'ara endavant), que es mostra esquemàticament a la Fig. 1, més emf causa de la diferència de contacte intern potencial (PKK) i l'efecte de Donnan (breu descripció de l'essència de l'efecte Donnan, PKK interna i la calor Peltier associat es proporciona en la tercera part de l'article).

Fig. 1. Representació esquemàtica d'una cel·la electroquímica: 1 - el càtode es posa en contacte amb una solució de 3, la reacció de reducció electroquímica dels cations d'electròlits es produeixen en la seva superfície, feta d'un químicament inert n-semiconductor fortament dopat. Part del càtode de connectar-lo a una font de tensió externa, metal·litzat; 2 - el ànode es posa en contacte amb una solució de 4, a la superfície de la mateixa ocórrer reacció d'oxidació electroquímica dels anions d'electròlits, fets de químicament inert p-semiconductor fortament dopat. Part del ànode de connectar-lo a una font de tensió externa, metal·litzat; 3 - espai catòdic, solució de polielectròlit, dissociar en aigua a macroion R- carregat negativament i contraions carregats positivament petita K + (en el present exemple és l'ió hidrogen H +); 4 - ànode solució compartiment de polielectròlit en aigua dissociar en carregat positivament macroion R + i contraions carregats negativament petita A- (en aquest exemple hidròxid de ions OH-); 5 - la membrana (diafragma), és impermeable a macromolècules polielectròlits (macroion), però completament permeable petites contraions K +, A- i molècules d'aigua espai compartit 3 i 4; Evnesh - una font de tensió externa.

fem per efecte Donnan

Per a més claredat, l'electròlit de l'espai de càtode (. 3, figura 1) es selecciona solució aquosa poliácido (R-H +), l'electròlit i el compartiment de l'ànode (4, fig 1.) - poliosnovaniya aquosa (R + OH-). Com a resultat d'poliácidos de dissociació en el compartiment catòdic, prop de la superfície del càtode (1, fig. 1), hi ha un augment de la concentració d'ions H +. càrrega positiva que apareix en les proximitats de la superfície del càtode no es compensa amb càrrega negativa macroiones R-, ja no poden arribar prop de la superfície del càtode per la seva mida i la presència d'una atmosfera iònica carregada positivament (per a més detalls veure. Descripció efecte Donnan en l'Annex №1 de la tercera part de l'article). Per tant, la capa límit d'una solució directament en contacte amb la superfície del càtode té una càrrega positiva. Com a resultat, una inducció electrostàtica sobre la superfície del càtode, contigua a la solució, hi ha una càrrega negativa dels electrons de conducció. és a dir, en la interfície entre la superfície del càtode i una solució de DES es produeix. Camp de la DES empeny els electrons des del càtode - a la solució.

De la mateixa manera, en l'ànode (2, fig. 1), la capa límit de la solució en el compartiment anòdic (4, fig. 1) directament en contacte amb la superfície de l'ànode té una càrrega negativa, i en la superfície de l'ànode, contigua a la solució, hi ha una càrrega positiva. és a dir, en la interfície entre la superfície de l'ànode i la solució també es produeix DES. Camp de la DES empeny els electrons de la solució - un ànode.

Per tant, el camp de la DES en les interfícies del càtode i l'ànode amb la solució, amb el suport difusió d'ions solució tèrmica, són dos font fem interna, actuant en concert amb una font externa, és a dir, empenyent les càrregues negatives en el bucle en sentit antihorari.

poliácidos dissociació poliosnovaniya i també causa la difusió tèrmica a través de la membrana (5, Figura 1) ions H + des de l'espai catòdic -. a l'ànode, i els ions OH- des del compartiment de l'ànode - càtode. polielectròlits Macroion R + i R- no es pot moure a través de la membrana, de manera que des de l'espai de càtode hi ha un excés de càrrega negativa, i des de l'espai anòdic - un excés de càrrega positiva, és a dir, hi ha una altra DPP causa de l'efecte Donnan. Per tant, la membrana també es produeix dins de la emf, actuant en concert amb una font externa de la difusió de la calor i es va mantenir la solució d'ions.

En el nostre exemple, el voltatge a través de la membrana pot arribar a 0,83 volts, com es això correspon a un canvi en el potencial d'elèctrode d'hidrogen estàndard de - 0,83 a 0 volts a la transició des del medi alcalí en el compartiment anòdic l'ambient àcid del compartiment de càtode. Per a més detalls, veure. A l'Annex №1 de la tercera part de l'article.

fem PKK des de l'interior

La fem Element Es produeix, en particular en l'ànode i el càtode de contactes de semiconductor a les seves peces de metall que serveixen per connectar la font de tensió externa. aquesta fem causa de PKK interna. IF interna no crea, en contrast amb el camp extern en l'espai que envolta els conductors de contacte, és a dir, Això no afecta el moviment de partícules carregades fora dels conductors. Construcció n-semiconductor / metall / p-semiconductor és prou conegut i s'utilitza, per exemple, una termoelèctrica mòdul Peltier. La magnitud de la fem tal estructura a temperatura ambient pot arribar a valors de l'ordre de 0,4 a 0,6 volts [5, pàg. 459; 2, pàg. 552]. Els camps en els contactes estan dirigides de tal manera que empenyen els electrons cap a l'esquerra en el bucle, és a dir, actuar en concert amb la font externa. Els electrons eleven el nivell d'energia del mitjà que absorbeix la calor del Peltier.

Interns si sorgeix a causa de la difusió dels electrons en les àrees de contacte dels elèctrodes i la solució, per contra, empeny els electrons en el sentit horari en el bucle. és a dir, el moviment dels electrons en l'element de l'esquerra en aquests contactes s'ha d'assignar calor Peltier. però a causa la transferència d'electrons des del càtode en la solució i de la solució a l'ànode s'acompanya necessàriament d'una reacció endotèrmica generació d'hidrogen i oxigen, la calor de la Peltier no s'allibera en el medi, i és reduir l'efecte endotèrmic, és a dir, com "conservat" a l'entalpia de formació d'hidrogen i oxigen. Per a més detalls, veure. A l'annex №2 la tercera part de l'article.

portadors (electrons i ions) es mouen en circuit d'elements no camins tancats, cap càrrega en l'element no es mou en un circuit tancat. Cada ànode d'electrons s'obté a partir de la solució (en el curs de l'oxidació d'ions OH- a les molècules d'oxigen), i passa a través d'un circuit extern al càtode, es volatilitza juntament amb molècules d'hidrogen (en el procés de recuperació dels ions H +). De la mateixa manera ions OH- i H + no es mouen en un circuit tancat, però només per a l'elèctrode corresponent i, a continuació s'evaporen en forma d'hidrogen molecular i oxigen. és a dir, i els ions i electrons cada moviment en el seu entorn en el camp d'acceleració de DES, i el final de la ruta, quan arriben a la superfície de l'elèctrode es combinen en la molècula, la conversió de tota l'energia emmagatzemada - l'energia d'un enllaç químic, i fora del bucle!

Totes les fonts internes de fem Element, reduir els costos de font externa per l'electròlisi de l'aigua. Per tant, la calor de l'ambient d'absorció d'elements durant el seu funcionament per mantenir la difusió de DES, és reduir el cost de la font externa, és a dir, Augmenta l'eficiència de l'electròlisi.

L'electròlisi de l'aigua sense cap font externa.

En la revisió dels processos que ocorren en l'element mostrat en la Fig. 1, un paràmetres de la font externa no es prenen en compte. Suposem que la resistència interna és igual a Rd i una tensió de 0. Evnesh elèctrodes de l'element estan en curtcircuit a una càrrega passiva (vegeu la Fig. 5). En aquest cas, la direcció i magnitud dels camps de DES que sorgeixen en la interfície en els elements segueixen sent els mateixos.

Fig. 5. En lloc Evnesh (fig. 1) que inclou RL càrrega passiva.

Determinar les condicions de flux de corrent espontània en aquest element. Canvi del potencial de Gibbs, d'acord amb la fórmula (1) de l'Annex №1 de la tercera part de l'article:

Δ G arr = (H arr Δ - n) + mod Q

Si p> Δ H + Q mod mod = 284,5-47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / molècula)

el arr Δ G <0 i procés espontani és possible.

Anem a considerar, a més, que la reacció es produeix elements de generació d'hidrogen en un medi àcid (potencial d'elèctrode de 0 volts), i l'oxigen en un (potencial d'elèctrode de 0,4 volts) alcalina. Tals potencials d'elèctrode proporciona una membrana (5, fig. 5), la tensió a la qual això hauria de ser 0,83 volts. és a dir, l'energia necessària per a la formació d'hidrogen i l'oxigen es redueix en 0,83 (eV / molècula). A continuació, la condició de la possibilitat de procés espontani farà el següent:

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

Trobem que la barrera d'energia de les molècules d'hidrogen i oxigen evitable i sense necessitat d'utilitzar una font de tensió externa. és a dir, fins i tot a n = 0,4 (eV / molècula), és a dir quan l'elèctrode intern HPDC 0,4 volts, l'element estarà en un estat d'equilibri dinàmic, i qualsevol (fins i tot petit) canvi de les condicions d'equilibri farà que el corrent en el circuit.

Un altre obstacle per a les reaccions en els elèctrodes és l'energia d'activació, però és eliminat per l'efecte túnel, que sorgeix a causa de la petitesa de la bretxa entre els elèctrodes i la solució [7, pàg. 147-149].

Per tant, sobre la base de consideracions energètiques, vam concloure que el corrent espontània en l'element mostrat en la Fig. 5, és possible. Però, quines raons físiques poden causar aquest corrent? Aquestes raons són les següents:

1. La probabilitat de la transició d'electrons des del càtode en la solució més alta que la probabilitat de transició des del ànode en la solució, ja n-semiconductor càtode té una gran quantitat d'electrons lliures amb un alt nivell d'energia, i l'ànode p-semiconductor - només "forats", i aquests "forats" es troben en un nivell d'energia per sota dels electrons del càtode;

2. La membrana es recolza en l'espai de càtode d'un ambient àcid, i en l'ànode - alcalí. En el cas d'elèctrodes inerts, això condueix al fet que un potencial d'elèctrode del càtode es fa més gran que l'ànode. En conseqüència, els electrons s'han de moure a través d'un circuit extern de l'ànode al càtode;

3. La càrrega superficial de les solucions de polielectròlits que sorgeixen a causa de l'efecte Donnan, crea en el camp d'elèctrode / solució tal que el camp en el càtode promou rendiment d'electrons des del càtode a la solució, i el camp en el ànode - entrada d'electrons en l'ànode de la solució;

4. equilibri cap a endavant i reaccions en els elèctrodes (corrents de canvi) esbiaixats cap a ions H + Reaccions de reducció directa en el càtode i l'oxidació d'ions OH- en l'ànode, ja que revertir que vagin acompanyats de formació de gas (H2 i O2) capaç de deixar fàcilment zona de reacció (Principi de Le Chatelier).

Els experiments.

Per a l'avaluació quantitativa de la tensió a través de la càrrega per l'efecte Donnan, es va realitzar un experiment en què l'element catòdic va consistir en el carbó activat amb l'elèctrode de grafit exterior i un ànode - una barreja de carbó activat i resina d'anions AB-17-8 amb l'elèctrode de grafit exterior. Electròlit - espais solució aquosa de NaOH, de ànode i càtode estan separades per un feltre sintètic. En elèctrodes externs oberts d'aquest element tenia una tensió d'aproximadament 50 mV. Quan es connecta a un element de la càrrega externa 10 ohm fixa actual de prop de 500 microampers. Quan la temperatura ambient augmenta de 20 a 30 0C voltatge a l'elèctrode extern va augmentar a 54 mV. L'augment de la tensió a la temperatura ambient confirma que la font de fem és la difusió, és a dir, moviment tèrmic de les partícules.

Per a l'avaluació quantitativa de la tensió a través de la càrrega a partir de l'experiment de metall / semiconductor HPDC interior es va dur a terme en el qual el càtode d'una cel·la consta de pols de grafit sintètic amb l'elèctrode de grafit exterior i un ànode - una pols de carbur de bor (B4C, pàg-semiconductor) amb l'elèctrode de grafit exterior. Electròlit - espais solució aquosa de NaOH, de ànode i càtode estan separades per un feltre sintètic. En elèctrodes externs oberts de la tensió d'element va ser d'aproximadament 150 mV. Quan es connecta la càrrega externa a la tensió de kOhm element 50 baixat a 35 mV., Tal caiguda de tensió forta a causa de la baixa carbur de bor intrínseca i, com a resultat, un alt element de resistència interna. tensió d'Investigació enfront de la temperatura per a un element d'aquesta estructura no es porta a terme. Això és a causa del fet que, per un semiconductor, en funció de la seva composició química, grau de dopatge i altres propietats, el canvi de temperatura de diferents maneres poden influir en el seu nivell de Fermi. és a dir, efecte de la temperatura sobre els camps electromagnètics Element (augment o disminució), en aquest cas depèn dels materials utilitzats, de manera que aquest no és l'experiment indicatiu.

En aquest punt es va continuar un altre experiment en el qual el càtode cèl·lula està feta d'una barreja de pols de carbó activat i KU-2-8 amb l'elèctrode d'acer inoxidable exterior i l'ànode a partir d'una barreja de pols de carbó activat i resina d'anions AB-17-8 a l'elèctrode extern des acer inoxidable. Electròlit - solució aquosa de NaCl, els espais de ànode i càtode estan separades per una sintètica sentien. elèctrodes externs d'aquest element amb l'octubre 2011 són capaços de provocar un curtcircuit al amperímetre passiva. Actual, que mostra un amperímetre, un dia després de la seva vegada, va disminuir en un 1 mA - fins a 100 MKA (que és pel que sembla a causa de la polarització dels elèctrodes), i des de llavors més d'un any no canvia.

En experiments pràctics descrits anteriorment en relació amb els materials inaccessibilitat resultats més eficaços obtinguts substancialment més baixos que teòricament possible. A més, ser conscients que part de la fem interna total Element sempre consumeix per mantenir la reacció de l'elèctrode (la producció d'hidrogen i oxigen) i no es pot mesurar en el circuit extern.

Conclusió.

En resum, podem concloure que la natura ens permet convertir l'energia tèrmica en energia útil oa la feina, durant l'ús com un entorn de "escalfador" i no tenir un "nevera". Així efecte Donnan i interna si l'energia tèrmica convertits de les partícules carregades en la energia de camp elèctric DEL com la calor de reacció endotèrmic es converteix en energia química.

element de contacte Considerat consumeix calor del medi i l'aigua, i assigna d'energia elèctrica, hidrogen i oxigen! A més, el procés de consum d'energia i l'ús d'hidrogen com a combustible, i l'aigua torna de nou al mitjà de calor!

Part 3 de l'Annex.

Aquesta part es discuteix més efecte d'equilibri Donnan, en la unió de la interior HPDC de metall / semiconductor i la calor Peltier en les reaccions redox i potencials d'elèctrode en l'element.

potencial Donnan (Apèndix №1)

Penseu el mecanisme d'ocurrència del potencial d'Donnan de polielectròlit. Després d'ions de signe contrari dissociació de polielectròlits comencen el seu petit, per difusió, deixant el volum ocupat per la macromolècula. difusió direccional de contraions de petites macromolècules volum de polielectròlits en el dissolvent és causa de la major concentració en la major part de la macromolècula, en comparació amb la resta de la solució. A més, si, per exemple, petites contraions estan carregats negativament, això resulta en que la porció interior de la macromolècula estan carregats positivament, i la solució és immediatament adjacent al volum de la macromolècula - negatiu. és a dir, voltant d'un volum macroion carregat positivament, hi ha una mena de "atmosfera ió" dels petits contra-ions - carregats negativament. Terminació creixement càrrega iònica atmosfera es produeix quan el camp electrostàtic entre l'atmosfera macroion volum d'ions i saldos de la difusió tèrmica de petites contraions. La diferència de potencial d'equilibri resultant entre l'atmosfera i els macroiones iònics és potencial Donnan. potencial Donnan també es coneix com potencial de membrana, perquè una situació similar es produeix en una membrana semipermeable, per exemple, quan es separa la solució d'electròlit que té ions de dos tipus - capaços i no puguin passar a través de la mateixa del dissolvent pur.

potencial Donnan es pot considerar com un cas límit de la potencial de difusió, quan la mobilitat d'un dels ions (en aquest cas macroion) és zero. Llavors, d'acord amb [1, pàg. 535], fent-se càrrec de comptador igual a un:

I d = (RT / F) L n ( a1 / a2), on

Ed - potencial de Donnan;

R - constant de gas universal;

T - temperatura termodinàmica;

F - constant de Faraday;

a1, a2 - counter-activitat en les fases de contacte.

En aquest membre, en què la membrana separa solucions poliosnovaniya (pH = Lg a 1 = 14) i poliácido (pH = Lg febrer 1 = 0), el potencial d'Donnan través de la membrana a temperatura ambient (T = 300 0 K) seria:

I d = (RT / F) (Lg un 1 - Lg febrer 1) L n (10) = (8,3 * 300/96500) * (14 - 0) * Ln (10) = 0,83 volts

Donnan potencials augmenta en proporció directa a la temperatura. Per a la difusió de la calor Peltier cel·la electroquímica és l'única font per a la producció de treball útil, no és sorprenent que aquests elements EMF augmenta en augmentar la temperatura. A la cel·la de difusió per a la producció de treball, la calor Peltier sempre es pren del medi ambient. Quan el corrent flueix a través de l'EDL van formar efecte Donnan, en una direcció que coincideix amb la direcció positiva del camp de la DES (és a dir, quan el camp de DES realitza un treball positiu), s'absorbeix calor de l'ambient per a la producció d'aquest document.

Però l'element de difusió és un canvi continu i unidireccional en la concentració d'ions, el que condueix finalment a la igualació de la concentració i parada dirigida difusió, a diferència d'equilibri Donnan, en el qual, en un cas de fuites de concentració d'ions corrents cuasiestático, una vegada que ha arribat a un cert valor, es manté sense canvis .

Fig. La figura 2 mostra un diagrama dels potencials redox de les reaccions d'hidrogen i oxigen quan es canvia l'acidesa de la solució. El gràfic mostra que el potencial de l'elèctrode de la reacció de formació d'oxigen en absència d'ions OH- (1,23 volts en un ambient àcid) és diferent de la mateixa potencial a alta concentració (0,4 volts en un medi alcalí) a 0.83 volts. De la mateixa manera, el potencial d'elèctrode de reacció de formació d'hidrogen en absència d'H + (-0.83 volts en medi alcalí) és diferent del mateix potencial a alta concentració (0 V en medi àcid), també a 0,83 volts [4. 66-67]. és a dir, evident que 0,83 volts es requereix per tal d'obtenir una alta concentració d'aigua en els ions respectius. En aquest cas es requereix 0,83 volts per a una massa de dissociació neutral de molècules d'aigua en ions H + i OH-. Per tant, si la membrana està suportada en el nostre medi àcid element d'espai del càtode i en un anòdica alcalina, la tensió pot assolir els seus volts L'0.83, que està en bon acord amb els càlculs teòrics presentats anteriorment. Aquesta tensió proporciona un espai d'alta conductivitat membrana DES per dissociació de l'aigua en ions dins d'ella.

Fig. 2. Diagrama dels potencials de reacció redox

descomposició de l'aigua, i els ions + H i OH- en hidrogen i oxigen.

IF i Peltier calor (Apèndix №2)

"La causa de l'efecte Peltier és que l'energia mitjana dels portadors de càrrega (per electrons definitud) que participen en la conductivitat elèctrica en diferents conductors de diferents ... en la transició d'un conductor a un altre electró o transmetre l'excés de reixeta d'energia o suplementar una falta d'energia a costa (depenent de la direcció del corrent).

Fig. 3. L'efecte Peltier en el metall de contacte i el n- semiconductor: ԐF - nivell de Fermi; ԐC - la part inferior de la banda de conducció del semiconductor; ԐV - banda de valència; I - direcció positiva del corrent; cercles amb fletxes mostren esquemàticament electrons.

En el primer cas, prop del contacte s'allibera, i el segon - l'anomenat absorbida .. calor Peltier. Per exemple, en el semiconductor de contacte - de metall (Figura 3) l'energia dels electrons que passen des del semiconductor de tipus n a metall (contacte esquerra) és significativament més gran que el ԐF energia de Fermi. Per tant, estan violant l'equilibri tèrmic en el metall. L'equilibri es restableix com a resultat de col·lisions, en què termalitzats electrons, donant excés cristal·lí energia. reixeta. El metall semiconductor (toc just) pot passar només els electrons més energètics, de manera que el gas d'electrons en el metall es refreda. En la restauració de la distribució d'equilibri d'enreixat consumits energia d'oscil·lació "[2, pàg. 552].

Per contactar amb la situació de metall / p-semiconductor és similar. perquè forats semiconductors p-conductivitat proporcionen la seva banda de valència que està per sota del nivell de Fermi, a continuació, el contacte es refreda, en la qual els electrons flueixen des del p-semiconductor al metall. Peltier calor alliberada o absorbit pel contacte de dos conductors, a causa de la producció de negatiu o positiu de la IF intern.

Inclòs en l'espai de contacte esquerra (fig. 3), en el qual l'assignació Peltier calor, una cel·la electrolítica, per exemple, solució aquosa de NaOH (Figura 4) i semiconductor metall i n-deixa que sigui químicament inert.

Fig. 4. El contacte esquerra n-semiconductor i el metall està obert i es col·loca al peu del canó de la solució d'electròlit. Designacions són els mateixos que a la Fig. 3.

A causa que, quan el corrent flueix «I», el semiconductor de n-electrons en energia superior solució arribar que ve fora de la solució en el metall, aquest excés d'energia (calor de Peltier) ha d'estar en la cèl·lula.

El corrent a través de la cèl·lula pot ser només un cas de fuites del seu interior reaccions electroquímiques. Si la reacció exotèrmica en la cèl·lula, la calor Peltier s'allibera en la cèl·lula, com més que ella té a on anar. Si la reacció en la cèl·lula - endotèrmica, la calor Peltier és total o parcialment, per compensar l'efecte endotèrmic, és a dir, per formar un producte de reacció. En aquest exemple, la reacció total de cèl·lules: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - endotèrmic, de manera que la calor (energia) de la Peltier és crear molècules i H2 O2, estan formats en els elèctrodes. Per tant, s'obté que la calor de la Peltier seleccionat en en el dret n-contacte semiconductor / mitjana metall no és alliberat de nou en el medi ambient, i s'emmagatzema en forma d'energia química de les molècules d'hidrogen i oxigen. Òbviament, el funcionament de la font de tensió externa es consumeix per l'electròlisi d'aigua, en aquest cas serà menor que en el cas d'elèctrodes idèntics, sense causar aparició de l'efecte Peltier ..

Independentment de les propietats dels elèctrodes, la mateixa cel·la electrolítica pot absorbir o generar calor quan passa a través del corrent Peltier a aquest. Les condicions quasi-estàtic, el canvi de potencial de les cèl·lules de Gibbs [4, pàg. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, on

Δ H - canvi d'entalpia de la cèl·lula;

T - temperatura termodinàmica;

Δ S - canvi en l'entropia de la cèl·lula;

Q = - T Δ S - calor de la cèl·lula de Peltier.

Perquè una cèl·lula electroquímica d'hidrogen-oxigen a T = 298 (K), el canvi en entalpia ΔHpr = - 284,5 (kJ / mol) [8, pàg. 120], el canvi en el potencial de Gibbs [4. a. 60]:

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

z - nombre d'electrons per molècula;

F - constant de Faraday;

I - fem cel·lular.

per tant

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

és a dir, cel·la electroquímica d'hidrogen-oxigen genera calor a l'entorn de Peltier, alhora que millora la seva entropia i la reducció del seu. Després, en el procés invers, l'electròlisi de l'aigua, que és el cas en el nostre exemple, Peltier calor Q mod = - au Q = - 47,3 (kJ / mol) de l'electròlit pot absorbir pel medi ambient.

Denotem P - calor Peltier pres del medi ambient en el dret n-contacte semiconductor / metall. La calor p> 0 ha d'estar en la cel·la, sinó perquè descomposició de l'aigua a la cel de reacció endotèrmica (Δ H> 0), la calor Peltier P és per compensar l'efecte tèrmic de la reacció:

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

Mod Q depèn només de la composició de l'electròlit, ja És una característica de la cel·la electrolítica amb elèctrodes inerts, i n només depèn dels materials dels elèctrodes.

L'equació (1) mostra que la calor de la Peltier P i Peltier calor Q mod, són la producció de treball útil. és a dir, calor Peltier tret el medi redueix el cost d'una font d'energia externa requerida per l'electròlisi. Una situació en la qual el mitjà de calor és una font d'energia per a la producció de treball útil, és característica de la difusió, així com per moltes cèl·lules electroquímiques, els exemples de tals elements es mostren en [3, pàg. 248-249].

referències

1. Gerasimov Ja. I. curs de la química física. Tutorial: Per a les universitats. V 2 t. T.II. - 2ª ed .. - M :. Química, Moscou, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. Efecte M. Peltier. // enciclopèdia física. En 5 m. T. III. Magneto - Poynting teorema. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. explicar. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruévich, A. Borovik-Romanov i altres - M: .. Gran Enciclopèdia de Rússia, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Química Física. En 2 llibres. Vol. 1. Estructura de la Matèria. Termodinàmica: Proc. per a les escoles secundàries; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. et al Godnev -. Tercera ed .. - M :. Superior. sem, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Química Física. En 2 llibres. Vol. 2. Electroquímica. La cinètica química i la catàlisi: Proc. per a les escoles secundàries; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Rev. - M :. Superior. sem, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. curs general Sivukhin DV de la física. Tutorial: Per a les universitats. En 5 m. T.III. Electricitat. - 4ª ed, estereotips .. - M: FIZMATLIT ;. Editorial de les MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. química física dels polímers. - M :. Química, Moscou, 1968. - 536 p.
7. cinètica de Vetter K. electroquímics, traduït de l'alemany amb les esmenes de l'autor a l'edició russa, editat per Corr. AC de l'URSS prof. Kolotyrkin IM - M :. Química, Moscou, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins Physical Chemistry. En 2 v. T.I., traduït de l'idioma anglès del doctor en ciències químiques Butin KP - M :. Mir, Moscou, 1980. - 580 p.