पर्यावरण की गर्मी से उपयोगी कार्य

भाग 1. कुछ शब्दों और परिभाषाओं।

इलेक्ट्रोमोटिव बल (ईएमएफ) अभिन्न बाहरी बल क्षेत्र एक वर्तमान स्रोत ... बाहरी बल इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच की सीमाओं पर कोशिकाओं विद्युत में अभिनय शामिल हिस्सा है। उन्होंने यह भी दो भिन्न धातुओं के बीच सीमा पर काम करते हैं और संपर्क संभावित therebetween [5 अंतर, पी निर्धारण करते हैं। 193, 191]। राशि कूदता सर्किट खंड के सभी सतहों पर क्षमता कंडक्टर के बीच संभावित अंतर, चेन सिरों पर स्थित के बराबर है, और इलेक्ट्रोमोटिव बल ईएमएफ कंडक्टर सर्किट कहा जाता है ... केवल पहली तरह का कंडक्टर से मिलकर श्रृंखला के पहले और प्रत्यक्ष उन्हें (वोल्टा कानून) से संपर्क ... सर्किट ठीक से खुला है, तो ईएमएफ में पिछले कंडक्टर के बीच संभावित कूद के बराबर है इस सर्किट शून्य है। खुले सर्किट कंडक्टर है, जो कम से कम एक इलेक्ट्रोलाइट लागू कानून वोल्ट ... जाहिर है, केवल कंडक्टर दूसरी तरह के कम से कम एक कंडक्टर शामिल सर्किट विद्युत कोशिकाओं (या चेन विद्युत तत्व) होते हैं, [1, पी शामिल हैं सही करने के लिए। 490 - 491]।

Polyelectrolytes समाधान में आयनों में अलग करने में सक्षम पॉलिमर हैं, इस प्रकार एक ही मैक्रो मोलेक्यूल में, शुल्क ... तिर्यक polyelectrolytes (आयन एक्सचेंजर्स, आवर्ती की एक बड़ी संख्या आयन एक्सचेंज राल) को भंग नहीं करता, केवल, प्रफुल्लित जबकि अलग कर देना करने की क्षमता [6, पी को बनाए रखना। 320 - 321]। Polyelectrolytes नकारात्मक चार्ज macroion में अलग कर देना और एच + आयनों polyacids कहा जाता है और सकारात्मक आयनों का आरोप लगाया और OH- macroion poliosnovaniyami बुलाया में विघटित होकर कर रहे हैं।

Donnan संतुलन क्षमता संभावित अंतर यह है कि दो इलेक्ट्रोलाइट्स के बीच चरण सीमा पर होती है, तो इस सीमा सभी आयनों के लिए पारगम्य नहीं है। कुछ आयनों के लिए अछिद्रता सीमा, कारण हो सकता है उदाहरण के लिए, बहुत ही संकीर्ण pores जो एक निश्चित आकार से ऊपर कणों के लिए अगम्य हैं साथ झिल्ली की उपस्थिति। इंटरफेस के चुनिंदा पारगम्यता होती है और किसी भी आयनों इतनी दृढ़ता चरणों है कि यह आम तौर पर नहीं छोड़ सकते में से एक से जुड़ा हुआ है। वास्तव में आयनिक आयन एक्सचेंज रेजिन व्यवहार करते हैं, या आयन एक्सचेंज समूह आणविक जाली या मैट्रिक्स में homopolar बंधन तय की। समाधान है, यह एक एकल चरण के साथ मिलकर इस तरह के मैट्रिक्स रूपों के अंदर जा रहा है; समाधान, बाहर स्थित है, - दूसरे [7। 77]।

बिजली डबल परत (EDL) दो चरणों से एक दूसरे को [7 एक निश्चित दूरी पर निपटारा विपरीत आरोप लगाया परतों के सेट के इंटरफेस पर हो रहा है। 96]।

पेल्टियर विद्युत प्रवाह संपर्क [2, पी के माध्यम से बह की दिशा पर निर्भर करता है दो अलग कंडक्टर के संपर्क में इस अलगाव या गर्मी के अवशोषण प्रभाव। 552]।

भाग 2: पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में गर्मी मध्यम का उपयोग करना।

विद्युत सेल (चलकर तत्व) के सर्किट की घटना की व्यवस्था, छवि में schematically दिखाया पर विचार करें। 1, अधिक ईएमएफ वजह से आंतरिक संपर्क विभवांतर (पीकेके) और Donnan के प्रभाव के लिए (Donnan प्रभाव का सार का संक्षिप्त विवरण, आंतरिक पीकेके और संबद्ध पेल्टियर गर्मी लेख के तीसरे भाग में प्रदान की जाती है)।

अंजीर। 1. एक विद्युत सेल के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व: 1 - कैथोड 3 का एक समाधान के साथ संपर्क किया है, इलेक्ट्रोलाइट फैटायनों की विद्युत कमी प्रतिक्रिया इसकी सतह, एक रासायनिक रूप से निष्क्रिय भारी doped एन-अर्धचालक के बने होते हैं। कैथोड यह एक बाहरी वोल्टेज स्रोत, metallized से कनेक्ट होने का एक हिस्सा; 2 - एनोड 4 के एक समाधान के साथ संपर्क है, सतह पर उसके इलेक्ट्रोलाइट anions, रासायनिक रूप से निष्क्रिय भारी doped पी अर्धचालक के बने की विद्युत ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया पाए जाते हैं। एनोड यह एक बाहरी वोल्टेज स्रोत, metallized से कनेक्ट होने का एक हिस्सा; 3 - कैथोड अंतरिक्ष, polyelectrolyte समाधान, macroion पर पानी में अलग कर ऋणात्मक आवेश वाले R- और धनात्मक आवेश वाले counterions छोटे K + (वर्तमान उदाहरण में हाइड्रोजन आयन एच + है); 4 - अलग कर पानी में एनोड डिब्बे polyelectrolyte समाधान धनात्मक आवेश वाले macroion आर + और नकारात्मक चार्ज counterions छोटे ए में (इस उदाहरण में यह हाइड्रॉक्साइड आयनों OH-); 5 - झिल्ली (डायाफ्राम), बड़े अणुओं (macroion) polyelectrolytes से अभेद्य है, लेकिन पूरी तरह से छोटे counterions K +, ए और पानी के अणुओं को साझा स्थान 3 और 4 के लिए पारगम्य है; Evnesh - एक बाहरी वोल्टेज स्रोत।

ईएमएफ Donnan प्रभाव से

जलीय poliosnovaniya (आर + OH-) - स्पष्टता के लिए, कैथोड अंतरिक्ष (। 3, चित्रा 1) के इलेक्ट्रोलाइट जलीय polyacid समाधान (आर एच +), इलेक्ट्रोलाइट और एनोड डिब्बे (4, छवि 1.) चुना गया है। कैथोड डिब्बे में पृथक्करण polyacids का एक परिणाम के रूप में, कैथोड (1, छवि। 1) की सतह के पास, वहाँ एच + आयनों की एक वृद्धि की एकाग्रता है। सकारात्मक कैथोड सतह के आसपास के क्षेत्र में प्रदर्शित होने के आरोप नकारात्मक चार्ज macroions R- मुआवजा नहीं है, क्योंकि वे इसके आकार और एक धनात्मक आवेश वाले ईओण वातावरण की उपस्थिति के कारण कैथोड की सतह के करीब नहीं आ सकता (विवरण के लिए देखते हैं। विवरण लेख के तीसरे भाग के अनुलग्नक №1 में Donnan प्रभाव)। इस प्रकार, सीधे कैथोड सतह के संपर्क में एक समाधान की सीमा परत एक सकारात्मक चार्ज है। नतीजतन, कैथोड सतह पर एक इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रेरण, समाधान के साथ सन्निहित, वहाँ चालन इलेक्ट्रॉनों की एक नकारात्मक चार्ज है। यानी कैथोड सतह और डेस समाधान के बीच इंटरफेस पर होता है। डेस के फील्ड कैथोड से इलेक्ट्रॉनों धक्का - समाधान के लिए।

इसी तरह, एनोड (2, छवि। 1), एनोड डिब्बे में समाधान की सीमा परत (4, छवि। 1) सीधे एनोड की सतह के साथ संपर्क में पर एक नकारात्मक चार्ज है, और एनोड की सतह पर, समाधान के साथ सन्निहित है, वहाँ एक सकारात्मक चार्ज है। यानी एनोड की सतह और समाधान के बीच इंटरफेस पर भी डेस होता है। एक एनोड - डेस के फील्ड समाधान से इलेक्ट्रॉनों धक्का।

इस प्रकार, कैथोड और समाधान के साथ एनोड के इंटरफेस पर डेस के क्षेत्र, समर्थित थर्मल समाधान आयन प्रसार, दो आंतरिक ईएमएफ स्रोत हैं एक बाहरी स्रोत के साथ मिलकर काम कर रहा है, यानी, पाश वामावर्त में ऋणात्मक आवेश धक्का।

। हदबंदी poliosnovaniya polyacids और भी झिल्ली (5, चित्रा 1) एच + आयनों कैथोडिक अंतरिक्ष से के माध्यम से तापीय प्रसार का कारण बनता है - एनोड के लिए, और एनोड डिब्बे से OH- आयनों - एक कैथोड। Macroion आर + और R- polyelectrolytes झिल्ली के माध्यम से स्थानांतरित नहीं कर सकते, तो यह कैथोड अंतरिक्ष से एक अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज है, और anodic अंतरिक्ष से - एक अतिरिक्त सकारात्मक चार्ज, जैसे कि, एक और डीपीपी Donnan प्रभाव के कारण होती है। इस प्रकार, झिल्ली भी ईएमएफ के अंदर होता है गर्मी प्रसार की एक बाहरी स्रोत के साथ मिलकर काम कर रहा है और आयनों के समाधान को बनाए रखा।

हमारे उदाहरण में, झिल्ली भर में वोल्टेज 0.83 वोल्ट तक पहुँच सकते हैं, के रूप में एनोड डिब्बे कैथोड डिब्बे अम्लीय वातावरण में क्षारीय मध्यम से संक्रमण पर 0.83 0 वोल्ट - इस से मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की क्षमता में एक परिवर्तन से मेल खाती है। जानकारी के लिए, देखें। लेख के तीसरे भाग के अनुलग्नक №1 में।

ईएमएफ अंदर से पीकेके

तत्व ईएमएफ यह संपर्क अर्धचालक एनोड और उनके धातु बाहरी वोल्टेज स्रोत कनेक्ट करने के लिए की सेवा भागों में कैथोड में शामिल होता है,। यह ईएमएफ आंतरिक पीकेके के कारण। आंतरिक, तो संपर्क कंडक्टर आसपास के अंतरिक्ष में बाहरी क्षेत्र के विपरीत पैदा नहीं करता है, अर्थात यह कंडक्टर के बाहर आरोप लगाया कणों की गति को प्रभावित नहीं करता। निर्माण एन-अर्धचालक / धातु / पी-अर्धचालक पर्याप्त रूप में जाना जाता है और प्रयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, एक ताप विद्युत पेल्टियर मॉड्यूल। ईएमएफ की विशालता 0.6 वोल्ट [5, पी - कमरे के तापमान पर इस तरह की संरचना 0.4 के आदेश के मूल्यों तक पहुँच सकते हैं। 459; 2, पृ। 552]। संपर्क में फील्ड्स इस तरह से है कि वे पाश में वामावर्त इलेक्ट्रॉनों धक्का, अर्थात में निर्देशित किया गया है बाहरी स्रोत के साथ मिलकर काम करते हैं। इलेक्ट्रॉनों मध्यम पेल्टियर की गर्मी को अवशोषित की ऊर्जा का स्तर बढ़ाने के।

आंतरिक इलेक्ट्रोड और समाधान के संपर्क क्षेत्रों में इलेक्ट्रॉनों के प्रसार की वजह से उत्पन्न होने वाले अगर, इसके विपरीत, इलेक्ट्रॉनों पाश में घड़ी की दिशा में धक्का। यानी वामावर्त इन संपर्कों में तत्व में इलेक्ट्रॉनों की गति पेल्टियर गर्मी आवंटित किया जाना चाहिए। लेकिन क्योंकि समाधान में और एनोड में समाधान के कैथोड से इलेक्ट्रॉनों के हस्तांतरण जरूरी एक एन्दोठेर्मिक प्रतिक्रिया हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पैदा करने के साथ है, पेल्टियर की गर्मी माध्यम में जारी नहीं किया जाता है, और एन्दोठेर्मिक प्रभाव को कम करने के लिए है, अर्थात की तरह "संरक्षित" हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के गठन की तापीय धारिता में। जानकारी के लिए, देखें। अनुलग्नक में №2 लेख के तीसरे भाग।

वाहक (इलेक्ट्रॉनों और आयनों) तत्व सर्किट में चलता बंद पथ, तत्व में कोई शुल्क नहीं है एक बंद सर्किट में आगे बढ़ नहीं है नहीं। प्रत्येक इलेक्ट्रॉन एनोड समाधान (ऑक्सीजन के अणु को OH- आयनों के ऑक्सीकरण के पाठ्यक्रम में) से प्राप्त, और कैथोड के लिए एक बाहरी सर्किट के माध्यम से पारित कर दिया, (आयनों एच + की वसूली की प्रक्रिया में) हाइड्रोजन अणुओं के साथ एक साथ volatilized है। इसी तरह आयनों OH- और एच + एक बंद सर्किट में कदम नहीं है, लेकिन केवल इसी इलेक्ट्रोड के लिए, और फिर आणविक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के रूप में लुप्त हो। यानी और आयनों और इलेक्ट्रॉनों प्रत्येक डेस में इसकी बढ़ती क्षेत्र में अपने पर्यावरण में आगे बढ़, और पथ के अंत में, जब वे तक पहुँचने इलेक्ट्रोड की सतह, अणु में जोड़ दिया जाता है पूरे संग्रहित ऊर्जा में परिवर्तित करने - लूप के बाहर एक रासायनिक बंधन की ऊर्जा, और!

ईएमएफ के आंतरिक सूत्रों के सभी तत्व, को कम पानी इलेक्ट्रोलिसिस के लिए बाहरी स्रोत खर्च होता है। इस प्रकार, परिवेश अपने ऑपरेशन के दौरान तत्वों को अवशोषित डेस के प्रसार को बनाए रखने की गर्मी, बाहरी स्रोत की लागत को कम करने के लिए, अर्थात् है, यह इलेक्ट्रोलिसिस दक्षता बढ़ जाती है।

किसी भी बाहरी स्रोत के बिना पानी के इलेक्ट्रोलिसिस।

समीक्षा में प्रक्रियाओं तत्व छवि में दिखाया गया में होने वाली। 1, एक बाहरी स्रोत मानकों को ध्यान में रखा नहीं कर रहे हैं। मान लीजिए कि आंतरिक प्रतिरोध आरडी के बराबर है और यही कारण है कि 0. के एक वोल्टेज Evnesh तत्व इलेक्ट्रोड एक निष्क्रिय लोड करने के लिए शॉर्ट कर रहे हैं (चित्र। 5 देखें)। इस मामले में, दिशा और तत्वों में इंटरफेस पर उत्पन्न होने वाली डेस क्षेत्रों की भयावहता ही रहते हैं।

अंजीर। 5. इसके बजाय Evnesh (चित्र। 1) निष्क्रिय लोड आर एल भी शामिल है।

इस तत्व में सहज वर्तमान प्रवाह की शर्तों का निर्धारण। गिब्स संभावित बदलने, सूत्र (1) लेख के तीसरे भाग के अनुलग्नक №1 की के अनुसार:

Δ जी आगमन = (Δ एच आगमन - एन) + Q आधुनिक

अगर P> Δ एच + क्यू आधुनिक आधुनिक = 284,5 - 47.2 = 237.3 (केजे / मोल) = 1.23 (EV / अणु)

Δ जी आगमन <0 और सहज प्रक्रिया संभव है।

हम आगे विचार करेंगे कि तत्वों हाइड्रोजन पीढ़ी प्रतिक्रिया एक क्षारीय (0.4 वोल्ट के इलेक्ट्रोड पोटेंशियल) में एक अम्लीय माध्यम में होती है (0 वोल्ट के इलेक्ट्रोड पोटेंशियल), और ऑक्सीजन। इस तरह के इलेक्ट्रोड क्षमता एक झिल्ली (5, अंजीर। 5), वोल्टेज, जिस पर यह 0.83 वोल्ट होना चाहिए प्रदान करता है। यानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के गठन के लिए आवश्यक ऊर्जा से 0.83 (EV / अणु) कम है। तब सहज प्रक्रिया की संभावना की हालत करेंगे:

P> 1.23 - 0.83 = 0.4 (EV / अणु) = 77.2 (केजे / मोल) (2)

हम पाते हैं हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अणुओं की ऊर्जा बाधा परिहार्य और एक बाहरी वोल्टेज स्रोत का उपयोग किए बिना कि। यानी यहां तक कि एन = 0.4 (EV / अणु) है, अर्थात पर जब भीतरी इलेक्ट्रोड HPDC 0.4 वोल्ट, तत्व गतिशील संतुलन की स्थिति में हो जाएगा, और किसी भी (यहां तक कि छोटे) संतुलन की स्थिति के परिवर्तन परिपथ में धारा का कारण होगा।

इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रियाओं के लिए एक और बाधा सक्रियण ऊर्जा है, लेकिन यह द्वारा समाप्त किया जाता है सुरंग प्रभाव, इलेक्ट्रोड और समाधान [7, पी के बीच की खाई के smallness की वजह से उत्पन्न होने वाली। 147-149]।

इस प्रकार, ऊर्जा विचार के आधार पर, हम उस सहज वर्तमान तत्व छवि में दिखाया गया में निष्कर्ष निकालना। 5, यह संभव है। लेकिन क्या शारीरिक कारणों इस वर्तमान पैदा कर सकता है? इन कारणों नीचे सूचीबद्ध हैं:

1. समाधान समाधान में एनोड से संक्रमण की संभावना की तुलना में अधिक में कैथोड से इलेक्ट्रॉन के संक्रमण की संभावना है, क्योंकि एन-अर्धचालक कैथोड एक उच्च ऊर्जा स्तर के साथ मुक्त इलेक्ट्रॉनों, और पी अर्धचालक एनोड का एक बहुत है - केवल "छेद", और इन "छेद" कैथोड इलेक्ट्रॉनों नीचे एक ऊर्जा स्तर पर कर रहे हैं;

2. झिल्ली एक अम्लीय वातावरण के कैथोड अंतरिक्ष में समर्थित है, और एनोड में - क्षारीय। निष्क्रिय इलेक्ट्रोड के मामले में, इस तथ्य यह है कि एक कैथोड इलेक्ट्रोड पोटेंशियल एनोड से भी बड़ा हो जाता है की ओर जाता है। नतीजतन, इलेक्ट्रॉनों कैथोड एनोड से एक बाहरी सर्किट के माध्यम से स्थानांतरित करना होगा;

3. Donnan प्रभाव के कारण उत्पन्न होने वाली polyelectrolyte समाधान की सतह प्रभारी, इलेक्ट्रोड / समाधान क्षेत्र ऐसा है कि कैथोड पर क्षेत्र समाधान में कैथोड से इलेक्ट्रॉन उपज को बढ़ावा देता है पर बनाता है, और एनोड पर क्षेत्र - समाधान से एनोड में इलेक्ट्रॉन प्रवेश;

4. आगे संतुलन और रिवर्स इलेक्ट्रोड पर प्रतिक्रियाओं (विनिमय धाराओं) एच ओर पक्षपाती + आयनों एनोड पर कैथोड और OH- आयनों के ऑक्सीकरण में प्रत्यक्ष कमी प्रतिक्रियाओं, के बाद से वे गैस (एच 2 और O2) आसानी से प्रतिक्रिया क्षेत्र छोड़ने में सक्षम (Le Chatelier के सिद्धांत) के गठन के साथ कर रहे।

प्रयोगों।

Donnan प्रभाव से लोड में वोल्टेज के मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए, एक प्रयोग किया गया था, जिसमें कैथोड तत्व बाहरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड और एक एनोड के साथ सक्रिय कार्बन शामिल थे - सक्रिय कार्बन और ऋणायन राल AB-17-8 बाहरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के साथ का एक मिश्रण। इलेक्ट्रोलाइट - जलीय NaOH समाधान, एनोड और कैथोड रिक्त स्थान एक कृत्रिम अनुभूत द्वारा अलग कर रहे हैं। इस तत्व की खुली बाहरी इलेक्ट्रोड पर लगभग 50 mV की एक वोल्टेज था। बाहरी लोड 10 का एक तत्व से कनेक्ट होने पर ओम के बारे में 500 microamps की वर्तमान तय की। बाहरी इलेक्ट्रोड के लिए 20 से 30 वोल्टेज के 0C से परिवेश के तापमान बढ़ जाती है mV 54 की वृद्धि हुई है। परिवेश के तापमान पर वोल्टेज बढ़ाने से पुष्टि की है कि ईएमएफ के स्रोत है प्रसार, अर्थात कणों के थर्मल गति।

भीतरी HPDC धातु / अर्धचालक प्रयोग से लोड में वोल्टेज के मात्रात्मक मूल्यांकन के लिए आयोजित किया गया, जिसमें सेल कैथोड बाहरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड और एक एनोड के साथ सिंथेटिक ग्रेफाइट पाउडर के होते हैं - बोरान कार्बाइड (B4C, पी-अर्धचालक) बाहरी ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड के साथ की एक पाउडर। इलेक्ट्रोलाइट - जलीय NaOH समाधान, एनोड और कैथोड रिक्त स्थान एक कृत्रिम अनुभूत द्वारा अलग कर रहे हैं। तत्व वोल्टेज की खुली बाहरी इलेक्ट्रोड पर लगभग 150 mV था। जब तत्व 50 kOhm वोल्टेज के बाहरी लोड जोड़ने 35 को गिरा दिया mV।, कम आंतरिक बोरान कार्बाइड और इसके परिणामस्वरूप, एक उच्च आंतरिक प्रतिरोध तत्व के रूप में, की वजह से इस तरह के एक मजबूत वोल्टेज ड्रॉप। इस तरह के ढांचे के एक तत्व के लिए जांच वोल्टेज बनाम तापमान बाहर नहीं किया जाता है। यह तथ्य यह है कि, एक अर्धचालक के लिए, अपने रासायनिक संरचना पर निर्भर करता है की वजह से है, डोपिंग और अन्य गुण की डिग्री है, अलग अलग तरीकों से अपने फर्मी स्तर को प्रभावित कर सकते में तापमान परिवर्तन। यानी ईएमएफ पर तापमान प्रभाव तत्व (वृद्धि या कमी), इस मामले में इस्तेमाल की गई सामग्री पर निर्भर करता है, तो यह संकेत प्रयोग नहीं है।

इस बिंदु पर यह एक अन्य प्रयोग में जो सेल कैथोड बाहरी स्टेनलेस स्टील इलेक्ट्रोड और से बाहरी इलेक्ट्रोड के लिए सक्रिय कार्बन पाउडर और ऋणायन राल AB-17-8 के मिश्रण से एनोड के साथ सक्रिय कार्बन पाउडर और केयू-2-8 का एक मिश्रण से बना है जारी रखा स्टेनलेस स्टील। इलेक्ट्रोलाइट - सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल, एनोड और कैथोड रिक्त स्थान एक कृत्रिम द्वारा अलग महसूस किया। अक्टूबर 2011 के साथ इस तत्व की बाहरी इलेक्ट्रोड शॉर्ट सर्किट निष्क्रिय एम्मीटर करने में सक्षम हैं। वर्तमान जो एक एम्मिटर, बारी बाद लगभग एक दिन, 1 एमए की कमी हुई चलता - 100 MKA अप करने के लिए (जो इलेक्ट्रोड के ध्रुवीकरण की वजह से जाहिरा तौर पर है), और उसके बाद से एक साल से ज्यादा नहीं बदलता है।

व्यावहारिक सैद्धांतिक रूप से संभव तुलना में काफी कम और अधिक प्रभावी सामग्री अप्राप्यता प्राप्त परिणामों के संबंध में ऊपर वर्णित प्रयोगों में। इसके अलावा, जागरूक कुल आंतरिक ईएमएफ का वह हिस्सा होना तत्व हमेशा इलेक्ट्रोड प्रतिक्रिया (हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पादन) को बनाए रखने के लिए खपत और बाहरी सर्किट में नहीं मापा जा सकता।

निष्कर्ष।

संक्षेप में, हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि प्रकृति, हमें उपयोगी ऊर्जा या काम में तापीय ऊर्जा में परिवर्तित करने की अनुमति देता है, जबकि एक "हीटर" वातावरण के रूप में उपयोग करते हुए और एक "फ्रिज" नहीं होने चाहिए। इस प्रकार Donnan प्रभाव और आंतरिक में आवेशित कणों की परिवर्तित तापीय ऊर्जा अगर बिजली के क्षेत्र ऊर्जा एन्दोठेर्मिक प्रतिक्रिया गर्मी के रूप में डेल रासायनिक ऊर्जा में बदल जाती है।

माना संपर्क तत्व मध्यम और पानी की गर्मी से खपत और बिजली, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन आवंटित! इसके अलावा, ऊर्जा की खपत की प्रक्रिया और ईंधन के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग, और पानी गर्मी मध्यम करने के लिए वापस लौटता है!

अनुबंध के भाग 3।

यह हिस्सा आगे Donnan संतुलन प्रभाव चर्चा की है, भीतरी HPDC धातु / अर्धचालक और रेडोक्स प्रतिक्रियाओं और तत्व में इलेक्ट्रोड क्षमता पर पेल्टियर गर्मी के जंक्शन पर।

Donnan संभावित (परिशिष्ट №1)

polyelectrolyte के लिए Donnan संभावित की घटना की व्यवस्था पर विचार करें। पृथक्करण polyelectrolyte counterions, अपने छोटे शुरू करने के बाद प्रसार द्वारा, मात्रा मैक्रो मोलेक्यूल के कब्जे में हो जाता है। समाधान के बाकी की तुलना में विलायक में छोटी मात्रा polyelectrolyte अणुओं की counterions की दिशात्मक प्रसार मैक्रो मोलेक्यूल को भारी मात्रा में वृद्धि हुई एकाग्रता के कारण है। इसके अलावा, अगर, उदाहरण के लिए, छोटे counterions नकारात्मक चार्ज कर रहे हैं, इस में जो परिणाम है कि मैक्रो मोलेक्यूल के भीतरी भाग सकारात्मक चार्ज किया जाता है, और समाधान तुरंत मैक्रो मोलेक्यूल की मात्रा के निकट है - नकारात्मक। यानी नकारात्मक चार्ज - एक धनात्मक आवेश वाले macroion मात्रा के आसपास, वहाँ छोटे प्रति आयनों की "आयन वातावरण" की तरह है। समाप्ति ईओण वातावरण प्रभारी विकास तब होता है जब इलेक्ट्रोस्टैटिक क्षेत्र आयन मात्रा macroion वातावरण और संतुलन छोटे counterions की तापीय प्रसार के बीच। माहौल और आयनिक macroions के बीच जिसके परिणामस्वरूप संतुलन क्षमता अंतर Donnan क्षमता है। Donnan संभावित रूप में भी जाना जाता है , झिल्ली क्षमता क्योंकि इसी तरह की स्थिति,, अर्ध-पारगम्य झिल्ली पर होता है, उदाहरण के लिए, जब यह इलेक्ट्रोलाइट समाधान जो दो प्रकार के आयनों है अलग करती है - सक्षम और शुद्ध विलायक की therethrough गुजर करने में सक्षम नहीं।

Donnan संभावित प्रसार क्षमता का एक सीमित मामले में, जब आयनों में से एक की गतिशीलता (इस मामले macroion में) शून्य है के रूप में माना जा सकता है। फिर, [1, पी के अनुसार। 535], एक करने के लिए काउंटर बराबर का प्रभार लेने:

ई डी = (आर टी / एफ) Ln ( A1 / A2), जहां

एड - Donnan संभावित;

आर - सार्वभौमिक गैस निरंतर;

टी - thermodynamic के तापमान;

एफ - फैराडे स्थिरांक;

A1, A2 - संपर्क चरणों में जवाबी गतिविधि।

इस सदस्य, जिसमें झिल्ली को अलग करती है poliosnovaniya समाधान (पीएच = एलजी एक 1 = 14) और polyacid में (पीएच = एलजी एक 2 = 0), Donnan कमरे के तापमान पर झिल्ली भर में संभावित (टी = 300 0 कश्मीर) होगा:

ई डी = (आर टी / एफ) (एलजी एक 1 - एलजी एक 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 वोल्ट

तापमान के लिए सीधी अनुपात में Donnan क्षमता बढ़ जाती है। विद्युत सेल पेल्टियर गर्मी के प्रसार के लिए उपयोगी काम के उत्पादन के लिए एकमात्र स्रोत है, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि इस तरह के तत्वों ईएमएफ तापमान बढ़ने के साथ बढ़ जाती है। काम के उत्पादन के लिए प्रसार कक्ष में, पेल्टियर गर्मी हमेशा वातावरण से लिया जाता है। जब EDL के माध्यम से प्रवाहित होती है Donnan प्रभाव, का गठन एक दिशा डेस के क्षेत्र के सकारात्मक दिशा के साथ मेल खाते में (यानी, जब डेस के क्षेत्र में सकारात्मक काम करता है), गर्मी इस पत्र के उत्पादन के लिए पर्यावरण से अवशोषित कर लेता है।

लेकिन प्रसार तत्व आयन एकाग्रता, जो अंततः एकाग्रता की समकारी की ओर जाता है और प्रसार का निर्देश रोक संतुलन Donnan, जिसमें, लीक quasistatic धाराओं आयन एकाग्रता के एक मामले में, एक बार एक निश्चित मूल्य पर पहुँच रहा है के विपरीत में एक सतत और दिशाहीन परिवर्तन है, अपरिवर्तित रहता है ।

अंजीर। 2 हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जब समाधान की अम्लता बदलने की प्रतिक्रियाओं के रेडॉक्स क्षमता का एक चित्र को दर्शाता है। चार्ट से पता चलता है कि OH- आयनों के अभाव में ऑक्सीजन गठन प्रतिक्रिया (एक अम्लीय वातावरण में 1.23 वोल्ट) के इलेक्ट्रोड पोटेंशियल उच्च एकाग्रता 0.83 वोल्ट पर (एक क्षारीय माध्यम में 0.4 वोल्ट) पर एक ही संभावित से अलग है। इसी तरह, एच + के अभाव (क्षारीय माध्यम में -0.83 वोल्ट) में हाइड्रोजन बनाने प्रतिक्रिया के इलेक्ट्रोड पोटेंशियल भी 0.83 वोल्ट [4 में, उच्च एकाग्रता (0 एक अम्लीय माध्यम में वी) पर एक ही संभावित से अलग है। 66-67]। यानी स्पष्ट है कि 0.83 वोल्ट आदेश संबंधित आयनों में पानी की एक उच्च एकाग्रता प्राप्त करने के लिए आवश्यक है। इसका मतलब है कि 0.83 वोल्ट एच + और OH- आयनों में पानी के अणुओं की तटस्थ पृथक्करण की एक जन के लिए आवश्यक है। इस प्रकार, यदि झिल्ली हमारे तत्व कैथोड अंतरिक्ष अम्लीय माध्यम में और एक क्षारीय anodic में समर्थित है, वोल्टेज इसके डेल 0.83 वोल्ट है, जो पहले प्रस्तुत सैद्धांतिक गणना के साथ अच्छे समझौते में है पहुँच सकते हैं। यह वोल्टेज के भीतर आयनों में एक उच्च चालकता अंतरिक्ष डेस झिल्ली पानी पृथक्करण द्वारा प्रदान करता है।

अंजीर। 2. आरेख रेडोक्स प्रतिक्रिया क्षमता

पानी के अपघटन, और एच + आयनों और हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में OH-।

यदि और पेल्टियर गर्मी (परिशिष्ट №2)

"पेल्टियर प्रभाव के कारण है कि एक और इलेक्ट्रॉन में एक कंडक्टर से चार्ज वाहक (निश्चितता इलेक्ट्रॉनों के लिए) विभिन्न के विभिन्न कंडक्टर में विद्युत चालकता में शामिल ... संक्रमण में की औसत ऊर्जा या अतिरिक्त बिजली ग्रिड प्रेषण या अपने खर्च पर ऊर्जा की कमी के पूरक है (वर्तमान दिशा के आधार पर)।

अंजीर। 3. संपर्क धातु और अर्धचालक n- पर पेल्टियर प्रभाव: ԐF - फर्मी स्तर; ԐC - अर्धचालक के चालन बैंड के नीचे; ԐV - संयोजक बैंड; मैं - वर्तमान की सकारात्मक दिशा; तीर के साथ हलकों रेखाचित्र के रूप में इलेक्ट्रॉनों दिखाया गया है।

संपर्क के पास पहले मामले में जारी किया गया है, और दूसरा - अवशोषित तथाकथित .. पेल्टियर गर्मी। उदाहरण के लिए, संपर्क अर्धचालक पर - धातु (चित्रा 3) इलेक्ट्रॉनों कि धातु (बाएं स्पर्श) के लिए n- प्रकार अर्धचालक से पारित की ऊर्जा फर्मी ऊर्जा ԐF तुलना में काफी अधिक है। इसलिए, वे धातु में सौर संतुलन का उल्लंघन कर रहे हैं। संतुलन टकराव का एक परिणाम के रूप में पुनर्स्थापित किया जाता है, जिसमें इलेक्ट्रॉनों thermalized, अतिरिक्त ऊर्जा क्रिस्टलीय दे रही है। ग्रिड। अर्धचालक धातु (सही स्पर्श), केवल सबसे ऊर्जावान इलेक्ट्रॉन पारित कर सकते हैं तो धातु में कि इलेक्ट्रॉन गैस ठंडा करता है। दोलन ऊर्जा का सेवन जाली का संतुलन वितरण "[2, पी की बहाली पर। 552]।

संपर्क करने के लिए धातु / पी-अर्धचालक स्थिति समान है। क्योंकि पी चालकता अर्धचालक छेद इसके संयोजक बैंड फर्मी स्तर से नीचे है कि प्रदान करते हैं, तो संपर्क ठंडा किया जाएगा, जिसमें इलेक्ट्रॉनों धातु के लिए पी अर्धचालक से प्रवाह। पेल्टियर गर्मी जारी किया या नकारात्मक या आंतरिक अगर के सकारात्मक के उत्पादन की वजह से, दो कंडक्टर के संपर्क द्वारा अवशोषित।

बाईं संपर्क अंतराल (चित्र। 3), जिस पर पेल्टियर गर्मी आवंटन, एक विद्युत् अपघटनी सेल, उदाहरण के लिए, जलीय NaOH समाधान (चित्रा 4) और धातु अर्धचालक और यह रासायनिक रूप से निष्क्रिय हो एन-जाने में शामिल।

अंजीर। 4. बाईं संपर्क एन-अर्धचालक और धातु खुला और इलेक्ट्रोलाइट समाधान के अंतराल में रखा है। पदनाम छवि में जैसे ही हैं। 3।

क्योंकि जब धारा प्रवाहित होती है «मैं», उच्च ऊर्जा के क्षेत्र में एन-इलेक्ट्रॉनों की अर्धचालक धातु में समाधान से बाहर आने से समाधान पहुंचें, इस अतिरिक्त ऊर्जा (पेल्टियर की गर्मी) सेल में खड़ा करना चाहिए।

सेल के माध्यम से वर्तमान केवल लीक उसमें विद्युत प्रतिक्रियाओं का मामला हो सकता है। सेल में एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया है, तो पेल्टियर गर्मी के रूप में, सेल में जारी किया गया है अधिक वह कहीं नहीं जाना पड़ता है। तो सेल में प्रतिक्रिया - एन्दोठेर्मिक, पेल्टियर गर्मी पूरी तरह या आंशिक रूप से एन्दोठेर्मिक प्रभाव की प्रतिपूर्ति करने के लिए है, यानी, एक प्रतिक्रिया उत्पाद बनाने के लिए। इस उदाहरण में, कुल सेल प्रतिक्रिया: 2H2O → 2H2 ↑ + O2 ↑ - एन्दोठेर्मिक, इसलिए गर्मी (ऊर्जा) पेल्टियर के अणुओं बनाने के लिए है और एच 2 ओ 2, इलेक्ट्रोड पर बनते हैं। इस प्रकार, हम प्राप्त है कि सही एन-संपर्क अर्धचालक / धातु में मध्यम में चयनित पेल्टियर की गर्मी के माहौल में वापस नहीं जारी किया जाता है, और हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अणुओं की रासायनिक ऊर्जा के रूप में संग्रहीत किया जाता है। जाहिर है, बाहरी वोल्टेज स्रोत के संचालन पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के लिए सेवन किया जाता है, इस मामले में समान इलेक्ट्रोड के मामले में की तुलना में छोटे हो जाएगा, पेल्टियर प्रभाव का कोई घटना के कारण ..

इलेक्ट्रोड के गुणों के बावजूद, विद्युत् अपघटनी सेल में ही अवशोषित या जब पेल्टियर वर्तमान के सिवा के माध्यम से गुजर गर्मी उत्पन्न कर सकते हैं। अर्ध स्थिर स्थिति, गिब्स कोशिकाओं [4 के संभावित परिवर्तन, पी। 60]:

Δ जी = Δ एच - टी Δ एस, जहां

Δ एच - सेल के तापीय धारिता परिवर्तन;

टी - thermodynamic के तापमान;

Δ एस - सेल के एन्ट्रापी में परिवर्तन;

क्यू = - टी Δ एस - पेल्टियर सेल की गर्मी।

284.5 (केजे / मोल) [8, पी - टी = 298 (के), तापीय धारिता ΔHpr = में परिवर्तन पर एक हाइड्रोजन ऑक्सीजन विद्युत सेल के लिए। 120], गिब्स में परिवर्तन संभावित [4। एक। 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96,485 * 1.23 = - 237.3 (केजे / मोल), जहां

जेड - प्रति अणु इलेक्ट्रॉनों की संख्या;

एफ - फैराडे स्थिरांक;

ई - ईएमएफ सेल।

इसलिये

क्यू एवेन्यू = - टी Δ एस एवेन्यू = Δ जी आदि - Δ एच आदि = - 237.3 + 47.2 = 284.5 (केजे / मोल)> 0,

यानी हाइड्रोजन ऑक्सीजन विद्युत सेल, जबकि इसकी एन्ट्रापी में सुधार लाने और अपने को कम करने, पेल्टियर वातावरण में गर्मी उत्पन्न करता है। फिर, उलटा प्रक्रिया, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस, जो हमारे उदाहरण में मामला है में, पेल्टियर गर्मी क्यू आधुनिक = - क्यू एवेन्यू = - 47.3 इलेक्ट्रोलाइट की (केजे / मोल) वातावरण से अवशोषित हो जाएगा।

पेल्टियर गर्मी सही एन-संपर्क अर्धचालक / धातु में पर्यावरण से लिया - पी को दर्शाते हैं। गर्मी P> 0 सेल में खड़ा करना चाहिए, लेकिन क्योंकि सेल एन्दोठेर्मिक प्रतिक्रिया में पानी के अपघटन (Δ एच> 0), पेल्टियर गर्मी पी प्रतिक्रिया के थर्मल प्रभाव की प्रतिपूर्ति के लिए है:

Δ जी आगमन = (Δ एच आगमन - एन) + Q आधुनिक                                                                        (1)

मॉड क्यू केवल इलेक्ट्रोलाइट की संरचना पर निर्भर करता है, क्योंकि यह निष्क्रिय इलेक्ट्रोड के साथ विद्युत् अपघटनी सेल की एक विशेषता है, और n केवल इलेक्ट्रोड सामग्री पर निर्भर है।

समीकरण (1) से पता चलता है कि पेल्टियर पी और पेल्टियर की गर्मी आधुनिक क्यू गर्मी, उपयोगी काम के उत्पादन कर रहे हैं। यानी पेल्टियर गर्मी मध्यम से दूर ले जाया बाहरी पावर स्रोत इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक की लागत कम कर देता है। एक स्थिति है जहाँ गर्मी मध्यम उपयोगी काम के उत्पादन के लिए ऊर्जा का स्रोत है, प्रसार की विशेषता है, साथ ही कई विद्युत कोशिकाओं के लिए, इस तरह के तत्वों के उदाहरण [3, पी में दिखाया जाता है। 248 - 249]।

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