Praktische Arbeit durch die Wärme der Umwelt

Teil 1. Einige Begriffe und Definitionen.

Die elektromotorische Kraft (emf) einstückig externes Kraftfeld Abschnitt eine Stromquelle … externe Kraft in wirkenden Zellen an den Grenzen zwischen dem Elektrolyten und den Elektroden Galvanotechnik. Sie funktionieren auch auf der Grenze zwischen zwei unterschiedlichen Metallen und bestimmen die Kontaktpotentialdifferenz zwischen diesen [5, p. 193, 191]. Menge springt Potentiale auf allen Oberflächen des Schaltungsabschnitts ist gleich der Potentialdifferenz zwischen den Leitern, an den Kettenenden befinden, und wird die elektromotorische Kraft emf Leiterschaltung genannt … ausschließlich der Leiter der ersten Art Kette, besteht, ist gleich der Potentialsprung zwischen dem ersten und dem letzten Leiter in sie direktem Kontakt (Volta law) … Wenn die Schaltung richtig geöffnet ist, der emf Diese Schaltung ist gleich Null. Zur Korrektur des Leerlaufleiters, die offensichtlich mindestens einen Elektrolyten, anwendbares Recht Volt … enthält, nur Leiterschaltung mit mindestens einem Leiter der zweiten Art sind elektrochemische Zellen (oder Ketten galvanische Elemente) [1, p. 490-491].

Polyelektrolyte sind Polymere, die in Ionen in Lösung dissoziieren, so dass in dem gleichen Makromolekül, eine große Anzahl Ladungen von wiederkehrenden … vernetzten Polyelektrolyte (Ionenaustauschern Ionenaustauscherharz) löst sich nicht, nur quellen, während die Fähigkeit beibehalten dissoziieren [6, p. 320-321]. Polyelektrolyte dissoziieren in negativ geladene Makroion und H + -Ionen Polysäuren genannt und dissoziiert in positiv geladene Ionen und OH- Makroion genannt poliosnovaniyami.

Donnan Gleichgewichtspotential ist, die Potentialdifferenz zwischen den beiden Elektrolyten an der Phasengrenze tritt auf, wenn diese Grenze für alle Ionen nicht durchlässig ist. Undurchlässigkeit Grenzen für einige Ionen können bewirkt werden, beispielsweise die Anwesenheit von Membranen mit sehr engen Poren, die für die Partikel oberhalb einer bestimmten Größe unpassierbar sind. Selektive Permeabilität der Schnittstelle auftritt, und wenn irgendwelche Ionen so stark an eine der Phasen verbunden, die es verlassen im Allgemeinen nicht. verhalten sich genau ionische Ionenaustauscherharze oder Ionenaustauschgruppe homopolare Bindung in der molekularen Gitter oder eine Matrix fixiert. Die Lösung, im Inneren eines solchen Matrices Formen sind mit diesem zusammen eine einzelne Phase; Lösung, die sich außerhalb, – der zweite [7. 77].

Die elektrische Doppelschicht (EDL) an der Grenzfläche der beiden Phasen auftritt in einem gewissen Abstand voneinander [7 angeordnet, der entgegengesetzt geladene Schichten eingestellt. 96].

Peltier-Effekt diese Isolierung oder Absorption von Wärme an dem Kontakt von zwei verschiedenen Leitern in Abhängigkeit von der Richtung des elektrischen Stroms, der durch den Kontakt fließt, [2, p. 552].

Teil 2: Mit dem Wärmemedium bei der Elektrolyse von Wasser.

Betrachten wir den Mechanismus des Auftretens der Schaltung der elektrochemischen Zelle (nachfolgend Element), schematisch gezeigt in Fig. 1, stärker emf aufgrund der inneren Kontaktpotentialdifferenz (PKK) und die Wirkung von Donnan (Kurzbeschreibung des Wesens des Donnan-Effekts, und die zugehörige interne PKK Peltier Wärme wird im dritten Teil des Artikels zur Verfügung gestellt).

Fig. 1. Schematisch Darstellung einer elektrochemischen Zelle: 1 – die Kathode wird mit einer Lösung von 3, die elektrochemische Reduktionsreaktion des Elektrolyten Kationen kontaktiert tritt auf seiner Oberfläche, die aus einem chemisch inerten stark dotierten n-Halbleiter. Teil der Kathode an eine externe Spannungsquelle, metallisiert; 2 – die Anode wird mit einer Lösung von 4 in Kontakt gebracht, auf dessen Oberfläche elektrochemische Oxidationsreaktion der Elektrolyt Anionen auftreten, aus chemisch inertem stark dotierten p-Halbleiter. Teil der Anode an eine externe Spannungsquelle, metallisiert; 3 – Kathodenraum, Polyelektrolytlösung in Wasser bei Makroion Dissoziieren R- negativ geladenen und positiv geladenen Gegenionen kleinen K + (im vorliegenden Beispiel ist der Wasserstoffionen H +); 4 – Anodische Raum Polyelektrolytlösung in Wasser dissoziierenden in positiv geladene Makroion R + und negativ geladene Gegenionen kleinen A- (in diesem Beispiel des Hydroxidionen OH & supmin;); 5 – die Membran (Diaphragma), undurchlässig für Makromoleküle (Makroion) Polyelektrolyte, aber auf kleine Gegenionen K +, A- und Wassermolekülen geteilten Raum 3 und 4 vollständig durchlässig; Evnesh – eine externe Spannungsquelle.

emf von Donnan – Effekt

wässrig poliosnovaniya (R + OH & supmin;) – Aus Gründen der Klarheit der Elektrolyt des Kathodenraumes (. 3, Abbildung 1) wird wässrige Polysäure – Lösung (R-H +), den Elektrolyten und die Anodenkammer (4, Bild 1) ausgewählt. Als Ergebnis der Dissoziation Polysäuren im Kathodenraum, in der Nähe der Oberfläche der Kathode (1, Abb. 1), gibt es eine erhöhte Konzentration an H + -Ionen. Positive Ladung in der Nähe der Kathodenoberfläche erscheint , wird nicht negativ geladene Makroionen R- kompensiert, da sie können nicht an die Oberfläche der Kathode aufgrund seiner Größe nahe kommen und die Anwesenheit einer positiv ionischen Atmosphäre (für Details. Beschreibung Donnan-Effekt in Anhang №1 des dritten Teils des Artikels). Somit weist die Grenzschicht von einer Lösung, die direkt in Kontakt mit der Kathodenoberfläche eine positive Ladung. Als Ergebnis wird eine elektrostatische Induktion an der Kathodenoberfläche mit der Lösung, zusammenhängende, gibt es eine negative Ladung der Leitungselektronen. Ie an der Schnittstelle zwischen der Kathodenoberfläche und DER Lösung auftritt. Gebiet der DES drückt Elektronen von der Kathode – zur Lösung.

In ähnlicher Weise auf der Anode (2, Fig. 1), die Grenzschicht der Lösung im Anodenraum (4, Fig. 1) direkt in Kontakt mit der Anodenoberfläche eine negative Ladung hat, und auf der Anodenoberfläche, angrenzend an der Lösung, gibt es eine positive Ladung. Ie an der Grenzfläche zwischen der Anodenoberfläche und der Lösung tritt auch auf DIE. Gebiet der DES drückt Elektronen aus der Lösung – eine Anode.

Somit wird der Bereich der DES an den Grenzflächen der Kathode und Anode mit der Lösung, thermische Lösungsionendiffusion unterstützt, sind zwei interne emf Quelle, mit einer externen Quelle in einem Strang, d.h. drückt gegen den Uhrzeigersinn, die negativen Ladungen in der Schleife.

Dissociation poliosnovaniya Polysäuren und verursacht auch eine thermische Diffusion durch die Membran (5, 1) H + Ionen aus dem Kathodenraum -. An die Anode und OH & supmin; -Ionen aus dem Anodenraum – eine Kathode. Makroion R + und R- Polyelektrolyte kann nicht durch die Membran bewegen, so dass es aus dem Kathodenraum eine Überschuss negative Ladung ist, und von dem anodischen Raum – ein Überschuss positiven Ladung, d.h. es ist ein weiterer DPP aufgrund des Donnan-Effekt. Somit tritt der Membran auch innerhalb der emf, wirkte zusammen mit einer externen Quelle von Wärmediffusion und gehalten, um die Lösung von Ionen.

In unserem Beispiel kann die Spannung über die Membran 0,83 Volt erreichen, wie Dies entspricht in Potential von Standard-Wasserstoffelektrode zu einer Veränderung von – 0.83 bis 0 Volt an dem Übergang von dem alkalischen Medium, in der Anodenkompartiment sauren Umgebung des Kathodenraumes. Weitere Einzelheiten finden. In Anhang №1 des dritten Teils des Artikels.

emf PKK von innen

Das Element emf Es tritt auf, einschließlich in dem Kontakthalbleiter Anode und Kathode in ihre Metallteilen dienen, die externe Spannungsquelle anzuschließen. diese emf aufgrund interner PKK. Interner IF nicht schaffen, im Gegensatz zu dem äußeren Feld im Raum, um den Kontaktleiter umgibt, das heißt Es wirkt sich nicht auf die Bewegung von geladenen Teilchen außerhalb der Leiter. Konstruktion n-Halbleiter / Metall / p-Halbleiter ist hinreichend bekannt und verwendet wird, beispielsweise ein thermoelektrisches Peltier – Modul. Die Größe des emf 0,6 Volt [5, p – eine solche Struktur bei Raumtemperatur können die Werte in der Größenordnung von 0,4 erreichen. 459; 2, p. 552]. Die Felder werden in die Kontakte so ausgerichtet, dass sie Elektronen gegen den Uhrzeigersinn in der Schleife schieben, d.h. wirkt mit der externen Quelle. Die Elektronen erhöhen die Energieniveaus des Mediums, die Wärme des Peltier absorbieren.

Interner IF aufgrund der Diffusion von Elektronen in den Kontaktflächen der Elektroden und die Lösung, im Gegenteil ergibt, drückt Elektronen im Uhrzeigersinn in der Schleife. Ie die Bewegung von Elektronen in dem Elemente gegen den Uhrzeigersinn in diesen Kontakten muß Peltier Wärme zugeordnet werden. aber weil die Übertragung von Elektronen von der Kathode in der Lösung und aus der Lösung in den Anoden notwendigerweise durch eine endotherme Reaktion von Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen, die Wärme des Peltier begleitet wird, wird nicht in das Medium freigesetzt und ist der endothermen Effekt zu reduzieren, d.h. in der Bildungsenthalpie von Wasserstoff und Sauerstoff, wie „konservierten“. Weitere Einzelheiten finden. In Anhang №2 dritten Teil des Artikels.

Ladungsträger (Elektronen und Ionen) bewegen sich in Elementschaltung nicht geschlossene Pfade, wird keine Ladung in dem Elemente nicht in einem geschlossenen Kreislauf bewegen. Jede Elektronenanode aus der Lösung (im Verlauf der Oxidation von OH- Ionen zu Sauerstoffmolekülen) erhalten wird, und durch einen äußeren Stromkreis zur Kathode geleitet wird verflüchtigt zusammen mit Wasserstoffmolekülen (im Prozess der Rückgewinnung von Ionen H +). Auf ähnliche Ionen OH- und H + nicht in einem geschlossenen Kreislauf bewegen, sondern nur auf die entsprechende Elektrode, und dann in Form von molekularem Wasserstoff und Sauerstoff zu verdampfen. Ie und die Ionen und Elektronen jeweils in ihrer Umgebung zu bewegen in dem Beschleunigungsfeld von DEM, und das Ende des Weges, wenn sie erreichen die Oberfläche der Elektrode, die in dem Moleküle kombiniert werden, die gesamte gespeicherte Energie umzuwandeln – die Energie einer chemische Bindung, und aus der Schleife!

Alle internen Quellen von emf Element, Kosten reduzieren externe Quelle für die Wasserelektrolyse. Somit Diffusion von DES die Wärme der Umgebungselemente während ihres Betriebs zu absorbieren aufrechtzuerhalten, sind die Kosten der externen Quelle zu reduzieren, d.h. Es erhöht die Elektrolyse Effizienz.

Elektrolyse von Wasser ohne externe Quelle.

Bei der Überprüfung auftretende Prozesse in dem Elemente in Fig. 1 ist eine externe Quelle Parameter nicht berücksichtigt. Angenommen, dass der Innenwiderstand ist gleich Rd und eine Spannung von 0. Das Evnesh Elementelektroden an eine passive Last kurzgeschlossen sind (siehe Fig. 5). In diesem Fall bleiben die Richtung und Größe des DES-Feldes an der Grenzfläche in den Elementen entstehen, die gleiche.

Fig. 5. Statt Evnesh (Fig. 1), die passive Last RL.

Bestimmen die Bedingungen des spontanen Stromfluss in diesem Element. Ändern des Gibbs Potential, entsprechend der Formel (1) des Anhangs №1 des dritten Teils des Artikels:

Δ G arr = (Δ H arr – n) + Q mod

Wenn P> Δ H + Q mod mod = 284,5 bis 47,2 = 237,3 (kJ / mol) = 1,23 (eV / Molekül)

die Δ G arr <0 und spontaner Prozess ist möglich.

Wir betrachten weiterhin, dass Elemente Wasserstoff-Erzeugungsreaktion erfolgt in einem sauren Medium (Elektrodenpotential 0 Volt), und Sauerstoff in einem alkalischen (elektrolytischen Potential von 0,4 Volt). Solche Elektrodenpotentiale liefern eine Membran (5, Abb. 5), um die Spannung, bei der dieses 0,83 Volt sein sollte. Ie die Energie für die Bildung von Wasserstoff und Sauerstoff erforderlich ist, von 0,83 (eV / Molekül) reduziert. Dann ist die Bedingung der Möglichkeit der spontanen Prozess wird:

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

Wir finden, dass die Energiebarriere der Wasserstoff-und Sauerstoffmoleküle vermeidbar und ohne eine externe Spannungsquelle verwendet wird. Ie selbst bei n = 0,4 (eV / Molekül), d.h. Wenn der Innenelektrode 0,4 Volt HPDC, Element wird in einem dynamischen Gleichgewichtszustand sein, und eine beliebige (auch kleine) Veränderung der Gleichgewichtsbedingungen wird der Strom in der Schaltung verursachen.

Ein weiteres Hindernis für die Reaktionen an den Elektroden ist die Aktivierungsenergie, aber es wird durch eliminiert den Tunneleffekt, entstand aufgrund der geringen Größe des Spalts zwischen den Elektroden und der Lösung [7, p. 147-149].

Somit wird auf der Grundlage der Energiebetrachtungen schließen wir, dass die spontanen Strom in dem Elemente in Fig. 5, es ist möglich. Aber welche physikalischen Gründen kann dieser Strom verursachen? Diese Gründe sind nachfolgend aufgeführt:

1. Die Wahrscheinlichkeit des Übergangs von Elektronen von der Kathode in die Lösung höher ist als die Wahrscheinlichkeit des Übergangs von der Anode in die Lösung, da n-Halbleiterkathode hat eine Menge von freien Elektronen mit einem hohen Energiepegel und dem p-Halbleiteranoden – nur „Löcher“, und diese „Löcher“ sind auf einem Energieniveau unterhalb der Kathode Elektronen;

2. Der Membran wird in dem Kathodenraum einer sauren Umgebung und in der Anode unterstützt – alkalisch. Im Fall von inerten Elektroden, dies führt zu der Tatsache, dass ein Kathodenelektrodenpotential größer als die Anode wird. Folglich müssen Elektronen zu der Kathode von der Anode durch eine externe Schaltung bewegen;

3. Die Oberflächenladung der Polyelektrolytlösungen aufgrund der Wirkung Donnan entstehen, erzeugt an der Elektroden / Lösungsfeld, so dass das Feld an der Kathodenelektronenausbeute von der Kathode in die Lösung fördert, und das Feld an der Anode – Elektronen den Eintritt in die Anode aus der Lösung;

4. Gleichgewicht Vorwärts- und Rückwärtsreaktionen an den Elektroden (exchange Ströme) vorgespannt in Richtung auf H + -Ionen Direktreduktionsreaktionen an der Kathode und die Oxidation von OH-Ionen an der Anode, da sie werden durch die Bildung von Gas (H2 und O2), die leicht zu verlassen Reaktionszone (Le Chatelier-Prinzip) begleitet.

Experimente.

Zur quantitativen Auswertung der Spannung über die Last durch den Donnan-Effekt wurde ein Experiment, in dem das Kathodenelement durchgeführt von den Aktivkohlen bestand aus mit der äußeren Graphitelektrode und einer Anode, – eine Mischung aus Aktivkohlen und Anionenharz AB-17-8 mit der äußeren Graphitelektrode. Elektrolyt – iger wässriger NaOH-Lösung, Anoden- und Kathodenraum sind durch einen synthetischen Filz getrennt. Am offenen äußeren Elektroden dieses Elementes hatte eine Spannung von etwa 50 mV. Wenn an einem Element der externen Last 10 verbunden Ohm fixem von etwa 500 Mikroampere Strom. Wenn die Umgebungstemperatur steigt von 20 auf 30 0C Spannung an die externe Elektrode auf 54 mV erhöht. die Spannung bei Erhöhung der Umgebungstemperatur, bestätigt, dass die Quelle der EMF ist die Diffusion, d.h. thermische Bewegung der Teilchen.

Zur quantitativen Auswertung der Spannung über die Last von dem Innen HPDC Metall / Halbleiter-Experiment wurde in dem die Zellkathode mit der äußeren Graphitelektrode und einer Anode synthetischen Graphitpulver durchgeführt, besteht aus – ein Pulver aus Borcarbid (B4C, p-Halbleiter) mit der äußeren Graphitelektrode. Elektrolyt – iger wässriger NaOH-Lösung, Anoden- und Kathodenraum sind durch einen synthetischen Filz getrennt. Am offenen äußeren Elektroden der Elementspannung betragen etwa 150 mV. Wenn die externe Last auf das Verbindungselement 50 kOhm Spannung auf 35 mV gesunken. Eine solche starke Spannungsabfall aufgrund des geringen Eigen Borcarbid und, als Ergebnis, einen hohen Innenwiderstand Element. Investigation Spannung gegenüber der Temperatur für ein Element einer solchen Struktur wird nicht durchgeführt. Dies ist aufgrund der Tatsache, dass, für einen Halbleiter, in Abhängigkeit von ihrer chemischen Zusammensetzung, den Dotierungsgrad und anderen Eigenschaften, kann die Temperaturänderung in verschiedenen Wegen seines Fermi-Niveau beeinflussen. Ie Temperatureffekt auf emf Element (Zunahme oder Abnahme), in diesem Fall abhängig von den verwendeten Materialien, so ist dies nicht indikativ Experimentes.

An diesem Punkt setzte es einen weiteren Versuch, bei dem Zellenkathode aus einer Mischung von Aktivkohlepulver und KU-2-8 mit der äußeren Elektrode aus rostfreiem Stahl und die Anode aus einem Gemisch aus Aktivkohlepulver und Anionenharz AB-17-8 an die externe Elektrode gebildet wird aus Edelstahl. Elektrolyt – die wässrige Lösung von NaCl, wobei die Anoden- und Kathodenraum sind durch einen synthetischen Filz getrennt. Externe Elektroden dieses Element mit Oktober 2011 sind in der Lage kurzzuschließen die passiven Amperemeter. Strom, der ein Strommessgerät zeigt, etwa einen Tag nach dem Einschalten, verringerte sich um 1 mA – bis zu 100 mkA (die offenbar auf die Polarisation der Elektroden zurückzuführen ist), und seitdem mehr als einem Jahr nicht ändert.

In praktischen Versuchen oben in Verbindung mit den wirksameren Materialien Unzugänglichkeit erzielten Ergebnisse wesentlich geringer als theoretisch möglich, beschrieben. Darüber hinaus ist zu beachten, dass ein Teil der gesamten Innen emf Element immer für die Aufrechterhaltung der Elektrodenreaktion (die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff) verbraucht und kann nicht in dem externen Schaltkreis gemessen werden.

Fazit.

Zusammenfassend können wir feststellen, dass die Natur erlaubt es uns, thermische Energie in nutzbare Energie oder Arbeit, zu konvertieren, während sie als „Heizung“ Umgebung und nicht einen „Kühlschrank“ mit. Somit Donnan – Effekt und interne IF umgewandelt thermische Energie des geladenen Teilchen in der elektrischen Feldenergie DEL als die endotherme Reaktionswärme wird in chemische Energie umgewandelt.

Betrachtet Kontaktelement verbraucht Wärme aus dem Medium und Wasser, und weist elektrischen Energie, Wasserstoff und Sauerstoff! Darüber hinaus ist der Prozess der Energieverbrauch und die Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff und das Wasser kehrt zurück zum Wärmemedium!

Teil 3 des Anhangs.

an der Verbindungsstelle der inneren HPDC Metall / Halbleiter-Peltier und Wärme auf Redoxreaktionen und Elektrodenpotentialen im Elemente Dieser Teil wird weiter Donnan Gleichgewichtseffekt, diskutiert.

Donnan – Potential (Anhang №1)

Betrachten Sie den Mechanismus des Auftretens von Donnan Potenzial für Polyelektrolyt. Nach Dissoziation Polyelektrolyt Gegen beginnt seine kleine, durch Diffusion, das Volumen durch das Makromolekül besetzt verlassen. Directional Diffusion von Gegenionen von kleinvolumigen Polyelektrolyt Makromolekülen in dem Lösungsmittel zu einem erhöhten Konzentration in der Masse des Makromoleküls durch wie der Rest der Lösung verglichen. Wenn ferner zum Beispiel sind kleine Gegenionen negativ geladen ist, führt dies dadurch, dass der innere Teil des Makromoleküls positiv geladen ist, und die Lösung sofort auf das Volumen des Makromoleküls benachbarte – negativ. Ie um das positiv geladene Makroion Volumen, gibt es eine Art „ion atmosphere“ des kleinen Gegenionen – negativ geladen. Termination ionische Atmosphäre Ladungswachstum auftritt , wenn das elektrostatische Feld zwischen den Ionenvolumen Makroion Atmosphäre und gleicht die thermische Diffusion von kleinen Gegenionen. Die sich ergebende Gleichgewichtspotentialdifferenz zwischen der Atmosphäre und dem ionischen Makroionen ist Potential Donnan. Donnan Potential wird auch bezeichnet als Membranpotential, weil Eine ähnliche Situation tritt auf einer semipermeablen Membranen, beispielsweise wenn es um die Elektrolytlösung trennt, die Ionen von zwei Arten hat – fähig und nicht in der Lage hindurchtretenden des reinen Lösungsmittels.

Donnan Potential kann als Grenzfall des Diffusionspotential in Betracht gezogen werden, wenn die Mobilität der eines der Ionen (in diesem Fall Makroion) Null ist. Dann, nach [1, p. 535], Ladung des Zählers gleich eins ist unter:

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

Ed – Donnan Potential;

R – universelle Gaskonstante;

T – thermodynamische Temperatur;

F – Faraday – Konstante;

a1, a2 – Gegen Aktivität in den Kontaktphasen.

In diesem Elemente, wobei die Membran poliosnovaniya Lösungen (pH = Lg a 1 = 14) und Polysäure (pH = Lg a 2 = 0), wird das Potential an dem Donnan – Membran bei Raumtemperatur (T = 300 0 K) werden trennen:

E d = (RT / F) (Lg a 1 – a 2 Lg) Ln (10) = (8.3 * 300/96500) * (14 – 0) * Ln (10) = 0,83 Volt

Donnan Potential steigt direkt proportional zur Temperatur. Für Diffusion der elektrochemischen Zelle eines Peltier-Wärme die einzige Quelle für die Herstellung von nützlicher Arbeit ist, ist es nicht verwunderlich, dass solche Elemente emf nimmt mit steigender Temperatur zu. In Diffusionszelle zur Herstellung von Arbeit wird ein Peltier-Wärme immer aus der Umgebung genommen. Wenn Strom fließt durch die EDL Donnan-Effekt ausgebildet ist, in einer Richtung mit der positiven Richtung des Feldes von DEM zusammenfällt (das heißt, wenn das Feld von DEM positiven Arbeit durchführt), wird Wärme aus der Umgebung für die Produktion dieses Papiers absorbiert.

Aber das Diffusionselement ist eine kontinuierliche und unidirektionale Änderung der Ionenkonzentration, was letztlich zu dem Konzentrationsausgleich führt und Diffusion gerichtet anzuhalten, anders als bei Gleichgewicht Donnan, wobei in einem Fall eines Leck quasistatischer Ströme Ionenkonzentration einmal einen bestimmten Wert erreicht hat, bleibt unverändert .

Fig. 2 zeigt ein Diagramm der Redoxpotentiale der Reaktionen von Wasserstoff und Sauerstoff, wenn die Azidität der Lösung zu verändern. Das Diagramm zeigt, dass das Elektrodenpotential der Sauerstoffbildungsreaktion in Abwesenheit von OH-Ionen (1,23 Volt in einer sauren Umgebung) aus dem gleichen Potential bei hohen Konzentration (0,4 Volt in einem alkalischen Medium) unterscheidet bei 0,83 Volt. In ähnlicher Weise ist das Elektrodenpotential der Wasserstoffbildungsreaktion in Abwesenheit von H + (-0.83 Volt in alkalischem Medium) unterscheidet mich von dem gleichen Potential bei hohen Konzentration (0 V in einem sauren Medium), ebenfalls bei 0,83 Volt [4. 66-67]. Ie evident, daß 0,83 Volt ist erforderlich, um eine hohe Konzentration von Wasser in den jeweiligen Ionen zu erhalten. Das bedeutet, daß 0,83 Volt für eine Masse von Neutral Dissoziation von Wassermolekülen in H + und OH- Ionen erforderlich ist. Wenn also die Membran in unserem Elemente Kathodenraum sauren Medium und in einer alkalischen anodische unterstützt werden, kann die Spannung ihre DEL 0,83 Volt erreichen, was mit den theoretischen Berechnungen weiter vorne in guter Übereinstimmung. Diese Spannung sorgt für einen hohen Leitfähigkeit Raum DES Membran durch Wasserdissoziation in Ionen darin.

Fig. 2. Diagram Redoxreaktion Potentialen

Zersetzung von Wasser und H + -Ionen und OH & supmin; in Wasserstoff und Sauerstoff.

IF und Peltier – Wärme (Anhang №2)

„Die Ursache für den Peltier-Effekt ist, daß die mittlere Energie des Ladungsträgers (zur Bestimmung des Elektrons), in der elektrischen Leitfähigkeit in den verschiedenen Leitern beteiligt anders … Beim Übergang von einem Leiter zu einem anderen elektronischen oder überschüssigem Energienetz übertragen oder einen Mangel an Energie auf seinen Kosten ergänzen (je nach Stromrichtung).

Fig. 3. Der Peltier-Effekt auf dem Kontaktmetall und dem Halbleiter-n-: ԐF – Fermi-Niveau; ԐC – der Boden des Leitungsbandes des Halbleiters; ԐV – Valenzband; I – positive Richtung des Stroms; Kreise mit Pfeilen schematisch dargestellt Elektronen.

Im ersten Fall in der Nähe des Kontakts gelöst wird, und die zweite – die absorbierte sogenannte .. Peltier-Wärme. Zum Beispiel auf dem Kontakt SEMICONDUCTOR – Metall (Abbildung 3), um die Energie der Elektronen, die von der n-Typ-Halbleiter-Metall (linke touch) passieren ist deutlich höher als die Fermi-Energie ԐF. Daher verletzen sie das thermische Gleichgewicht in dem Metall. Equilibrium wird als Folge von Kollisionen gestellt, in denen thermalisierten Elektronen, so dass überschüssige Energie kristallin. grid. Das Halbleiter-Metall (rechts touch) kann nur die energetischen Elektronen passieren, so dass Elektronengas in dem Metall abkühlt. Die Wiederherstellung der Gleichgewichtsverteilung der Schwingungsenergie verbrauchen Gitter „[2, p. 552].

Um Kontakt mit der Metall / p-Halbleiter Situation ähnlich ist. da p-Leitfähigkeitshalbleiterlöchern seine Valenzband bereitzustellen, die unter dem Fermi-Niveau ist, dann wird der Kontakt gekühlt wird, in den Elektronen fließen von dem p-Halbleiter zu Metall. Peltier-Wärme freigesetzt oder durch den Kontakt von zwei Leitern absorbiert wird, aufgrund der Erzeugung von negativen oder positiven des internen IF.

Eingeschlossen in dem linken Kontaktabstand (Fig. 3), auf das die Peltier Wärmezuweisung, eine Elektrolysezelle, beispielsweise wäßrige NaOH-Lösung (4) und Metall-Halbleiter und n-läßt es chemisch inert sein.

Fig. 4. Der linke Kontakt n-Halbleiter und das Metall ist offen und in dem Spalte der Elektrolytlösung angeordnet. Die Bezeichnungen sind die gleichen wie in Fig. 3.

Denn wenn Strom fließt «I», die Halbleiter von n-Elektronen in höherer Energie ankommen Lösung als Lösung in dem Metall, diese überschüssige Energie (Wärme von Peltier) aus kommen , muß in der Zelle steht.

Der Strom durch die Zelle kann nur ein Fall von Lecks darin elektrochemischen Reaktionen sein. Wenn die exotherme Reaktion in der Zelle wird die Peltier – Wärme in der Zelle freigesetzt, wie mehr sie hat nirgendwo zu gehen. Wenn die Reaktion in der Zelle – endotherm, die Wärme Peltier ganz oder teilweise für den endothermen Effekt zu kompensieren, das heißt, ein Reaktionsprodukt zu bilden. In diesem Beispiel wird die Gesamtzellreaktion: 2H2O → 2H2 + O2 ↑ ↑ – endotherm, so dass die Wärme (Energie) des Peltier ist Moleküle zu erzeugen und H 2 O 2, wird auf den Elektroden gebildet. Somit erhalten wir, dass die Wärme des in Medium selektioniert Peltier im rechten n-Kontakt Halbleiter / Metall nicht wieder in die Umwelt freigesetzt wird, und wird in Form von chemischer Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff-Molekülen gespeichert. Offensichtlich ist der Betrieb der externen Spannungsquelle für die Elektrolyse von Wasser verbraucht wird, in diesem Fall wird kleiner sein als im Fall von identischen Elektroden, wodurch kein Auftreten des Peltier-Effekts ..

Unabhängig von den Eigenschaften der Elektroden, die Elektrolysezelle selbst absorbieren oder Wärme erzeugen, wenn sie durch den Strom daran vorbei Peltier. Die quasi-statische Bedingungen, die Potentialänderung der Gibbs-Zellen [4, p. 60]:

Δ Δ G = H – T Δ S, wobei

Δ H – Enthalpieänderung der Zelle;

T – thermodynamische Temperatur;

Δ S – Änderung der Entropie der Zelle;

Q = – T Δ S – Wärme der Zelle Peltier.

Für eine Wasserstoff-Sauerstoff – elektrochemische Zelle bei T = 298 (K), der Änderung der Enthalpie ΔHpr = – 284,5 (kJ / mol) [8, p. 120], die Änderung der Gibbs-Potential [4. a. 60]:

ΔGpr = – ZFE = 2 * 96485 * 1,23 = – 237,3 (kJ / mol), wobei

z – Anzahl der Elektronen pro Molekül;

F – Faraday – Konstante;

E – emf Zelle.

deshalb

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

dh Wasserstoff-Sauerstoff-elektrochemische Zelle erzeugt Wärme in der Peltier-Umgebung, während die Entropie zu verbessern und dessen Absenken. Dann werden in dem Invers – Prozess, die Elektrolyse von Wasser, was der Fall in unserem Beispiel ist, Peltier – Wärme Q mod = – Q ave = – 47,3 (kJ / mol) des Elektrolyten wird aus der Umgebung absorbiert werden.

Bezeichne P – Wärme Peltier gegenüber der Umgebung im rechten genommen n-Kontakt Halbleiter / Metall. Die Wärme P> 0 muss in der Zelle steht, sondern weil Zersetzung von Wasser in der Zelle endothermen Reaktion (Δ H> 0), wird die Peltier – Wärme P für die thermische Wirkung der Reaktion zu kompensieren:

Δ G arr = (Δ H arr – n) + Q mod (1)

Mod Q hängt nur von der Zusammensetzung des Elektrolyten, da Es ist ein Charakteristikum der Elektrolysezelle mit inerten Elektroden und n hängen nur von den Elektrodenmaterialien.

Gleichung (1) zeigt , dass die Wärme des Peltier – P und Peltier mod Q beheizen, ist die Herstellung von Nutzarbeit. Ie Peltier-Wärme aus dem Medium genommen reduziert die Kosten für eine externe Stromquelle für die Elektrolyse erforderlich. Eine Situation, in der das Wärmemedium eine Energiequelle zur Erzeugung von Nutzarbeit ist, die charakteristisch für die Diffusion ist, sowie für viele elektrochemische Zellen, Beispiele für solche Elemente sind in [3, p gezeigt. 248-249].

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