Mahasoa asa raha nafana ny Tontolo Iainana

Fizarana 1. Misy teny sy ny famaritana.

Ny electromotive hery (emf) dia hery ivelany saha manontolo anjara ahitana loharanom-baovao amin'izao fotoana izao ... ny hery ivelany electroplating manao zavatra amin'ny sela amin'ny fetra eo amin'ny electrolyte sy ny electrodes. Koa izy ireo miasa eo amin'ny sisin-tany eo amin'ny roa dissimilar metaly, ary mamaritra ny fifandraisana mety fahasamihafana therebetween [5, p. 193, 191]. Vola jumps tsirim faritra rehetra tany amin'ny tany lemaka fizarana dia mitovy ny mety maha samy hafa ny amin'ny mpitarika ny, any amin'ny faran'ny ny rojo, ka antsoina hoe ny hery electromotive mpitarika emf faritra ... rojo ahitana afa-tsy ny mpitarika ny 'ny voalohany dia karazana mitovy ny mety mitsambikina eo amin'ny voalohany sy ny farany mpitarika azy ireo ao amin'ny hifandray mivantana (Volta lalàna) ... Raha ny faritra dia araka ny tokony ho misokatra, ny emf fizaran-tany ity dia aotra. Mba hanitsiana ny misokatra-mpitarika faritra, izay ahitana electrolyte iray, fara fahakeliny, azo ampiharina ny lalàna volts ... Mazava ho azy fa ahitana ihany no mpitarika faritra iray, fara fahakeliny mpitarika ny karazany faharoa dia electrochemical sela (na ny rojo vy electrochemical singa) [1, p. 490 - 491].

Polyelectrolytes dia polymers afaka dissociating ho ions in vahaolana, dia toy izany no ao amin 'ny macromolecule, maro be matetika ataony fiampangana ... bolana malalaka polyelectrolytes (Ion exchangers, Ion-fifanakalozana resin) dia tsy handrava, ihany no nivonto, raha ny fitanana ny fahafahana dissociate [6, p. 320 - 321]. Polyelectrolytes dissociate ho ratsy voampanga macroion sy H + ions dia antsoina hoe polyacids sy dissociates ho tsara voampanga ions sy OH- macroion antsoina hoe poliosnovaniyami.

Donnan equilibrium mety no mety maha samy hafa izay mitranga amin'ny dingana sisin eo amin'ny roa SIMIKA raha fetra tsy permeable rehetra ions. Impermeability fetra ho an'ny sasany dia mety ho vokatry ions, ohatra, ny fisian'ny tena tery fonontselan'ny amin'ny masonkoditra izay azo naleha ny poti efa mihoatra noho ny sasany habeny. Mifidy permeability ny interface tsara miseho Ary raha misy ions mafy mifandray amin'ny iray amin'ireo dingana izay mamela azy io amin'ny ankapobeny tsy afaka. Izay indrindra mitondra tena ionic Ion fifanakalozana resins, na Ion-fifanakalozana vondrona raikitra homopolar fifamatorana eo amin'ny molekiolan'ny makarakara na teraka. Ny vahaolana, satria ao anatin'ny teny toy izany niaraka matrices izany dingana iray; vahaolana, any ivelany, - ny faharoa [7. 77].

Ny elektrika roa sosona (EDL) no mitranga eo amin'ny interface tsara ny dingana roa teo amin'ny toe sosona oppositely voampanga amin'ny iray lavitra avy amin'ny hafa [7. 96].

Peltier nanatanteraka fitokana-monina izany na hisakana ny fiasan'ireny ny hafanana eo amin'ny fifandraisana amin'ny mpitarika ny roa samy hafa arakaraka ny tari-dalana ny herinaratra amin'ny alalan'ny tondra ny fifandraisana [2, p. 552].

Fizarana 2: Mampiasa ny hafanana mpanelanelana ao amin'ny electrolysis ny rano.

Diniho ny rafitra ny fisehoan-javatra ao amin'ny faritra ny electrochemical sela (izay voambara singa), aseho schematically in Fig. 1, emf bebe kokoa noho ny fifandraisana anatiny mety fahasamihafana (PKK), ary ny vokatry ny Donnan (famaritana fohy ny votoatin'ny ny Donnan vokany, PKK anatiny sy mifandray Peltier hafanana no omena ao amin'ny fizarana fahatelo amin'ity lahatsoratra).

Fig. 1. Schematic fanehoana iray electrochemical sela: 1 - ny cathode dia nifandray tamin'ny vahaolana ny 3, ny fampihenana electrochemical fanehoan-kevitry ny electrolyte cations mitranga eo amin'ny ambonin'ny, nateraky ny zavatra simika be inert doped n-Semiconductor. Part ny cathode mampifandray any amin'ny iray malefaka ivelany loharano, metallized; 2 - ny anode dia nifandray tamin'ny vahaolana ny 4, ambonin'ny hitranga aminy electrochemical oxidation fanehoan-kevitry ny electrolyte anions, vita amin'ny zavatra simika be inert doped, p-Semiconductor. Part ny anode mampifandray any amin'ny iray malefaka ivelany loharano, metallized; 3 - cathode toerana, polyelectrolyte vahaolana, dissociating amin'ny rano amin'ny macroion R- voampanga ratsy sy tsara nandrara counterions K + kely (eto amin'ity ohatra dia ny hidrôzenina Ion H +); 4 - anode mampitohy polyelectrolyte vahaolana amin'ny rano dissociating ho tsara nandrara macroion R + ary nandrara ratsy counterions A- kely (ao amin'io ohatra io ions hydroxide OH-); 5 - ny hoditra manify (diaphragm), dia tsy len-drano ny macromolecules (macroion) polyelectrolytes, fa tanteraka amin'ny kely permeable counterions K +, A- sy ny rano molekiola nizara toerana 3 sy 4; Evnesh - ivelany malefaka loharanom-baovao.

Emf ny Donnan vokatry

Fa mazava, ny electrolyte ny cathode toerana (. 3, Figure 1) no nofantenana aqueous polyacid vahaolana (R-H +), ny electrolyte sy ny anode mampitohy (4, aviavy 1.) - aqueous poliosnovaniya (R + OH-). Vokatry ny dissociation polyacids ao amin'ny cathode mampitohy, akaikin'ny ho etỳ ambonin'ny ny cathode (1, Fig. 1), misy ny fitomboan'ny fitanan'i ny H + ions. Tsara anjara-raharaha niseho teny amin'ny manodidina ny cathode ambonin'ny onitra dia tsy nandrara ratsy macroions R-, satria dia tsy azony aleha akaiky ho etỳ ambonin'ny ny cathode noho ny habeny sy ny fisian'ny rivo-piainana tsara voampanga ionic (ho an'ny antsipirihany mahita. Description Donnan fiantraikany amin'ny manangona №1 ny ampahatelon'ny ny lahatsoratra). Noho izany, ny sisin-sosona ny vahaolana amin'ny fifandraisana mivantana amin'ny cathode ambonin'ny manana fiampangana tsara. Ho vokany, dia electrostatic induction ny cathode ambonin'ny, contiguous ny vahaolana, misy ratsy anjara-raharahany amin'ny conduction elektrôna. izany hoe amin'ny interface tsara eo amin'ny cathode ivelany sy DES vahaolana mitranga. Field ny DES manosika elektrôna avy amin'ny cathode - ny vahaolana.

Toy izany koa, ny anode (2, Fig. 1), ny sisin sosona ny vahaolana eo amin'ny anode mampitohy (4, Fig. 1) mivantana ao amin'ny fifandraisana miaraka amin'ny anode ambonin'ny manana ratsy anjara-raharahan'i Arona sy ny anode ambonin'ny, contiguous ny vahaolana, misy tsara fiampangana. izany hoe amin'ny interface tsara eo amin'ny anode ambonin'ny sy ny vahaolana ihany koa ny mitranga DES. Field ny DES manosika elektrôna avy amin'ny vahaolana - ny anode.

Noho izany, amin'ny sahan'i DES amin'ny interface ny cathode sy anode ny vahaolana, nanohana mafana vahaolana Ion diffusion, dia roa emf loharano anatiny, manao zavatra ivelany fampisehoana miaraka amin'ny loharanom-baovao, i.e., nanosika ny ratsy fiampangana ao amin'ny manome fitoerana counterclockwise.

Dissociation poliosnovaniya polyacids ary koa mahatonga mafana diffusion amin'ny alalan'ny hoditra manify (5, Figure 1). H + ions avy amin'ny cathodic toerana - ny anode, ary OH- ions avy amin'ny anode mampitohy - ny cathode. Macroion R + sy R- polyelectrolytes tsy afaka mihetsika ny alalan 'ny hoditra manify, dia toy izany avy amin'ny toerana misy cathode efa tafahoatra ratsy anjara-raharahan'i Arona sy ny anodic toerana - efa tafahoatra tsara fiampangana, i.e., misy DPP iray hafa noho ny Donnan vokany. Noho izany, ny hoditra manify ihany koa ny mitranga ao anatin'ny emf, manao zavatra fampisehoana miaraka amin'ny loharanom-hafanana ivelany diffusion sy ny vahaolana foana ny ions.

Amin'izao ohatra, ny malefaka manerana ny hoditra manify dia afaka mahatratra 0,83 volts, toy ny mifanitsy izany ny fiovana eo amin'ny mety ny fitsipika hidrôzenina electrode avy - 0,83 ny 0 volts amin'ny tetezamita avy amin'ny alkaline fitaovana ao an-anode mampitohy ny cathode mampitohy Misy asidra tontolo iainana. Fa tsipiriany, dia jereo. In fanampiny №1 ny ampahatelon'ny ny lahatsoratra.

Emf PKK avy ao anatiny

Ny singa emf Tsy miseho, anisan'izany ny ao amin'ny fifandraisana Semiconductor anode sy cathode ny vy faritra manompo ny hampifandray ny ivelany loharano malefaka. ity emf noho ny anatiny PKK. RAHA anaty tsy mamorona, mifanohitra amin'ny saha ivelany tao an-toerana manodidina ny fifandraisana mpitarika ny, i.e. Tsy misy fiantraikany ny mihetsika ny voampanga ny mpitarika ny poti ivelan'ny. Construction n-Semiconductor / vy / p-Semiconductor dia ampy fantatra sy no ampiasaina, ohatra, ny thermoelectric Peltier Module. Ny halehiben'ny ny emf toy izany ao amin'ny efitrano rafitra mari-pana dia afaka mahatratra soatoavin'ny ny lamin '0.4 - 0.6 volt [5, p. 459; 2, p. 552]. Fields in fifandraisana dia toromarika amin'ny fomba izay manosika elektrôna counterclockwise ao amin'ny manome fitoerana, i.e. hanao zavatra fampisehoana amin'ny loharano ivelany. Ny elektrôna atsangano ny angovo haavon'ny ny fitaovana mitroka, raha nafana ny Peltier.

RAHA anaty handehananareo noho ny diffusion ny elektrôna ao amin'ny faritra fifandraisana ny electrodes sy ny vahaolana, ny mifanohitra amin'izany, manosika elektrôna ao amin'ny tari-dalana manaraka ny fihodin'ny famantaranandro ao amin'ny manome fitoerana. izany hoe ny mihetsika ny elektrôna ao ny singa counterclockwise amin'ny fifandraisana ireo dia tsy maintsy omena hafanana Peltier. saingy noho ny famindrana ny elektrôna avy amin'ny cathode ho any amin'ny vahaolana sy ny vahaolana ao amin'ny anode dia voatery niaraka tamin'ny iray endothermic fanehoan-kevitra niteraka hidrôzenina sy ny oksizenina, raha nafana ny Peltier tsy mivoaka any amin'ny mpanelanelana, ary dia ny hampihenana ny endothermic vokatra, i.e. toy ny "Voatahiry" ao amin'ny enthalpy ny fananganana ny hidrôzenina sy ny oksizenina. Fa tsipiriany, dia jereo. In fanampiny №2 ny ampahatelon'ny ny lahatsoratra.

mitondra (elektrôna sy ny ions) mihetsika ao amin'ny faritra singa tsy mikatona lalana, tsy misy anjara-raharaha ao amin'ny singa dia tsy nampihetsi-po ao amin'ny faritra mihidy. Anode elektronika tsirairay azo avy amin'ny vahaolana (ao amin'ny Mazava ho azy fa ny oxidation ny OH- ions ny oksizenina molekiola), dia nandeha nita ny faritra ivelany amin'ny cathode, dia volatilized miaraka amin'ny hidrôzenina molekiola (eo amin'ny dingan'ny famerenana ny ions H +). Toy izany koa ny ions OH- sy H + dia tsy mifindra amin'ny faritra mikatona, afa-tsy ny mifanitsy electrode, ary avy eo no lasa etona amin'ny endriky ny molekiolan'ny hidrôzenina sy ny oksizenina. izany hoe ary ny ions sy ny elektrôna samy mihetsika ao amin 'ny tontolo iainana ao amin'ny haingana sehatry ny DES, ary ny faran' ny lalana, rehefa tonga ho etỳ ambonin'ny ny electrode dia mitambatra ao amin'ny molekiola, mamelombelona ny rehetra voatahiry hery - ny herin 'ny iray simika hifady, ary avy tao amin'ny manome fitoerana!

Rehetra ny anatiny loharanom-emf Singa, mampihena ny vidin'ny ivelany electrolysis loharano ho an'ny rano. Noho izany, raha nafana ny Ambient mitroka singa mandritra ny fandidiana foana diffusion ny DES, dia ny mampihena ny vola lany ny loharano ivelany, i.e., Izany dia mampitombo ny electrolysis fahombiazana.

Electrolysis ny rano tsy misy loharano ivelany.

Amin'ny nandinika ny dingana mitranga ao amin'ny singa hita ao Fig. 1, nisy loharano ivelany masontsivana dia tsy hoentina any an-tantara. Aoka hatao fa ny fanoherana anatiny dia mitovy ny RD sy malefaka ny 0. Izay Evnesh Singa electrodes dia shorted ny matoantenin'ny atao entana (jereo ny Fig. 5). Amin'ity tranga ity, ny tari-dalana sy ny halehiben'ny saha DES handehananareo amin'ny interface tsara eo amin'ny singa mbola toy izany koa.

Fig. 5. Tsy Evnesh (Fig. 1) anisan'izany ny matoantenin'ny atao entana RL.

Fantaro ny toe-javatra amin'izao fotoana izao ny tampoka mikoriana ao amin'io singa. Manova ny Gibbs mety, araka ny raikipohy (1) ny manangona №1 ny ampahatelon'ny ny lahatsoratra:

Δ G narindran'i = (Δ H narindran'i - N) + Q Mod

Raha P> Δ H + Q Mod Mod = 284,5 - 47.2 = 237.3 (Prot / Rol) = 1.23 (Ev / molekiola)

ny Δ G narindran'i <0 sy tampoka dingana azo atao.

Hodinihintsika koa fa singa taranaka hidrôzenina fanehoan-kevitra miseho amin'ny Misy asidra fitaovana (electrode mety ny 0 volts), sy ny oksizenina ao amin'ny alkaline (electrode mety ny volts 0.4). Toy izany dia manome tsirim electrode manify (5, Fig. 5), ny malefaka amin'ny izay tokony ho 0,83 izany volts. izany hoe ny hery ilaina amin'ny fananganana ny hidrôzenina sy ny oksizenina dia mihena ny 0.83 (Ev / molekiola). Ary ny toetry ny mety hisian'ny fomba tampoka dia:

P> 1,23 - 0.83 = 0.4 (Ev / môlekiola) = 77.2 (Prot / Rol) (2)

Hitantsika fa ny angovo sakana ny hidrôzenina sy ny oksizenina molekiola sy tsy azo ialàna ny fampiasana loharanom-baovao iray malefaka ivelany. izany hoe na dia n = 0.4 (Ev / môlekiola), i.e. rehefa ao anaty electrode HPDC 0.4 volts, singa dia ho ao anatin'ny toe-mahery equilibrium, ary misy (na dia kely) fanovana amin'ny mizana dia hahatonga ny toe-piainana ankehitriny amin'ny fizaran-tany.

Vato misakana iray hafa ny fanehoan-kevitra teo am-electrodes dia ny fampahavitrihana angovo, nefa intsony noho ny tionelina vokany, hitsangana noho ny smallness ny elanelana misy eo amin'ny electrodes sy ny vahaolana [7, p. 147-149].

Noho izany, miorina amin'ny angovo fiheverana, isika no milaza fa tampoka amin'izao fotoana izao ao amin'ny singa hita ao Fig. 5, azo atao. Inona anefa no mety antony ara-batana amin'izao fotoana izao? Ireo antony voatanisa eto ambany ireo:

1. Ny mety ho tetezamita ny elektrôna avy amin'ny cathode ho any amin'ny vahaolana avo noho ny mety ho tetezamita avy amin'ny anode ho any amin'ny vahaolana, satria N-Semiconductor cathode manana be dia be ny elektrôna maimaim-poana amin'ny angovo avo lenta, ary ny t-Semiconductor anode - ihany "lavaka", ary ireo "lavaka" any ny angovo anivon'ny etsy ambany ny cathode elektrôna;

2. Ny hoditra manify dia nanohana ao amin'ny toerana iray cathode Misy asidra ny tontolo iainana, sy ny anode - alkaline. Ho an'ny inert electrodes, izany dia mitarika ho amin'ny zava-misy fa ny cathode electrode mety tonga lehibe noho ny anode. Noho izany, dia tsy maintsy mifindra amin'ny alalan'ny elektrôna iray avy any amin'ny faritra ivelany anode ho any amin'ny cathode;

3. ho etỳ ambonin'ny anjara-raharaha momba ny polyelectrolyte vahaolana handehananareo noho ny Donnan ny marina, dia miteraka am-electrode / vahaolana saha izany fa an-tsaha amin'ny cathode mampirisika elektronika vokatra avy amin'ny cathode ho any amin'ny vahaolana, ary an-tsaha, ny anode - elektronika fidirana ho ao an-anode avy ny vahaolana;

4. mahay mandanjalanja sy hanova hatrany ny fanehoan-kevitra tao amin'ny electrodes (fifanakalozana onja) mitanila amin'ny H + ions fampihenana mivantana fanehoan-kevitra tao amin'ny cathode sy ny oxidation ny OH- ions amin'ny anode, satria izy ireo miaraka amin'ny fananganana ny entona (I2 sy O2) afaka mora foana nandao fihetsiny faritra (Le Chatelier ny Fitsipika).

Fanandramana.

Fa hamaroan'isa fanombanana ny malefaka manerana ny enta-mavesatra ny Donnan vokany, fanandramana dia nanao izay ny cathode singa Nizara ny mampandeha karbaona amin'ny ivelany manjarano electrode sy anode - fifangaroan'ny ampiharina karbaona sy ny anion resin AB-17-8 amin'ny ivelany manjarano electrode. Electrolyte - aqueous NaOH vahaolana, anode sy ny cathode toerana dia tafasaraka iray synthetic tsapaina. Tamin'ny ivelany misokatra electrodes io singa Nisy malefaka ny 50 MV. Rehefa mifandray amin'ny singa ny ivelany entana 10 ohm raikitra amin'izao fotoana izao ny tokony ho 500 microamps. Rehefa mitombo ny mari-pana Ambient avy amin'ny 20 ka hatramin'ny 30 0C malefaka ny ivelany electrode nitombo ho 54 MV. Mitombo ny malefaka amin'ny Ambient hafanana dia manamafy fa ny loharanom-emf dia diffusion, i.e. mafana mihetsika ny poti.

Fa hamaroan'isa fanombanana ny malefaka manerana ny enta-mavesatra avy any anatiny HPDC metaly / Semiconductor fanandramana dia natao izay ny sela cathode dia ahitana synthetic manjarano vovo miaraka amin'ny ivelany manjarano electrode sy anode - ny vovoka ny bore carbide (B4C, p-Semiconductor) miaraka amin'ny ivelany manjarano electrode. Electrolyte - aqueous NaOH vahaolana, anode sy ny cathode toerana dia tafasaraka iray synthetic tsapaina. Tamin'ny ivelany misokatra electrodes ny singa malefaka dia tokony ho 150 MV. Rehefa ivelany mampifandray ny enta-mavesatra ny singa 50 kOhm malefaka nilatsaka ny 35 MV., Mafy toy izany rano indray mitete malefaka noho ny ambany anaty bore carbide sy, vokatr'izany, ny avo fanoherana singa anatiny. Fanadihadiana malefaka oharina amin'ny mari-pana ho singa rafitra toy izany dia tsy tanterahina. Izany dia noho ny zava-misy fa, ho Semiconductor, arakaraka ny zavatra simika, ny nanatrika ny ambaratonga sy ny fananana, ny mari-pana fiovana eo amin'ny fomba samy hafa dia afaka hanan-kery ny Fermi ambaratonga. izany hoe hafanana vokany eo amin'ny emf Singa (vokatra na ny fihenan'ny), amin'ity tranga ity dia miankina amin'ny ny fitaovana nampiasaina, ka izany no tsy manoro ny fanandramana.

Tamin'izay fotoana izay dia mbola hafa fanandramana izay efitra cathode atao fifangaroan'ny ampiharina karbaona vovoka sy Ku-2-8 ny ivelany Stainless vy electrode sy ny anode avy amin'ny fifangaroan'ny ampiharina karbaona vovoka sy anion resin AB-17-8 amin'ny ivelany electrode avy Stainless vy. Electrolyte - aqueous vahaolana ny NaCl, ny anode sy ny cathode toerana dia tafasaraka iray synthetic tsapa. External electrodes ity singa amin'ny Oktobra 2011 dia afaka fohy-faritra ny matoantenin'ny atao ammeter. Current izay mampiseho ny ammeter, tokony ho indray andro rehefa avy, nihena ny 1 Ma - hatramin'ny 100 mkA (izay toa noho ny polarization ny electrodes), ary nanomboka tamin'izay ny herintaona mahery dia tsy miova.

Amin'ny azo ampiharina fanandramana voalaza etsy ambony mifandray amin'ny fitaovana mahomby kokoa sarotra aleha nahazo vokatra betsaka ambany noho ny ara-teorika azo atao. Ankoatra izany, dia ho fantatsika fa ny ampahany amin'ny fitambaran'ny emf anatiny Singa nandevona foana noho ny fanehoan-kevitra foana ny electrode (ny famokarana ny hidrôzenina sy ny oksizenina) ary tsy azo refesina ao amin'ny faritra ivelany.

Famaranana.

Mamintina, dia afaka manatsoaka hevitra fa zavaboary mamela antsika mba hiova mafana angovo ho ilaina hery na ny asa, rehefa mampiasa toy ny "heater" tontolo iainana sy ny tsy manana "vata fampangatsiahana". Toy izany no vokatry sy anatiny Donnan RAHA niova fo mafana hery ny voampanga poti ao amin'ny herinaratra tsaha angovo DEL ho toy ny fanehoan-kevitra endothermic hafanana Niova fo ho angovo simika.

Nihevitra ny hafanana mandoro fifandraisana singa avy amin'ny fitaovana sy ny rano, ary allocates herinaratra hery, hidrôzenina sy ny oksizenina! Ankoatra izany, ny dingana ny angovo sy ny fampiasana ny hidrôzenina ho toy ny solika, ary ny rano hiverina indray ny hafanana mpanelanelana!

Part 3 amin'ny manangona.

Anjara bebe kokoa ity no niresaka momba Donnan equilibrium vokany amin'ny fihaonan'ny ny anatiny HPDC metaly / Semiconductor sy Peltier hafanana eo amin'ny fanehoan-kevitra sy ny electrode redox tsirim ao amin'ny singa.

Donnan mety (Fanazavana Fanampiny №1)

Diniho ny rafitra ny fisehoan-javatra ny Donnan mety ho polyelectrolyte. Rehefa avy dissociation polyelectrolyte counterions manomboka ny kely, ny diffusion, fa namela ny boky nipetrahan'ny ny macromolecule. Directional diffusion ny counterions ny boky kely polyelectrolyte macromolecules ao amin'ny solvent dia mifantoka bebe kokoa noho ny tao amin'ny ampahany ny macromolecule raha ampitahaina amin'ny sisa amin'ny vahaolana. Ankoatra izany, raha toa, ohatra, counterions kely dia ratsy nandidy, izany no miteraka fa ampahany anatiny dia tsara ny macromolecule voampanga, ary ny vahaolana avy hatrany mifanakaiky amin'ny horonam-macromolecule - ratsy. izany hoe manodidina ny tsara nandidy macroion boky, dia misy ny karazana "Ion rivotra" ny kely manohitra ny ions - nandrara ratsy. Famaranana ionic rivo-piainana anjara-raharaha hitrangan 'ny fivoarana rehefa electrostatic saha eo amin'ny boky Ion macroion rivo-piainana mafana sy ny mizana ny diffusion ny counterions kely. Ny vokatr'izany equilibrium mety samy hafa ny rivo-piainana sy ny ionic Donnan macroions no mety. Donnan mety ihany koa ny antsoina hoe manify hery anaty, satria Toy izany koa ny toe-javatra mitranga eo amin'ny semipermeable manify, ohatra, izy na misaraka ny electrolyte vahaolana izay manana ions roa karazany - mahavita fa tsy afaka mandalo therethrough ny solvent madio.

Donnan mety azo heverina ho toy ny mametra diffusion toetry ny mety, raha ny mivezivezy ny iray amin'ireo ions (amin'ity tranga ity macroion) dia aotra. Avy eo, araka ny [1, p. 535], nandray anjara-raharaha ny mifanohitra mitovy amin'ny iray:

E D = (RT / F) Ln ( A1 / A2), izay

Ed - Donnan hery anaty;

R - entona rehetra izao foana;

T - thermodynamic hafanana;

F - Faraday foana;

A1, A2 - manohitra ny asa ao amin'ny endriny samy hafa isehoan'ny fifandraisana.

Ao amin'io mpikambana, izay mampisaraka ny hoditra manify poliosnovaniya vahaolana (pH = LG ny 1 = 14) sy ny polyacid (pH = LG ny 2 = 0), Donnan mety manerana ny hoditra manify ao amin'ny efitrano hafanana (T = 300 0 K) ho:

E D = (RT / F) (LG ny 1 - LG ny 2) Ln (10) = (8,3 * 300/96500 ) * (14 - 0) * Ln (10) = 0.83 Volts

Donnan mety mitombo in mivantana arakaraka hafanana. Fa diffusion ny electrochemical cellule Peltier hafanana no hany loharano ho an'ny famokarana ny asa ilaina, dia tsy mahagaga raha singa toy izany emf Mitombo ny amin'ny fitomboan'ny hafanan'ny. In diffusion efitra ho amin'ny famokarana ny asa, dia foana Peltier hafanana nalaina avy ny tontolo iainana. Raha amin'izao fotoana izao mandeha ao amin'ny namorona ny EDL Donnan vokany, amin'ny lalana nifanindry tamin'ny toromarika ny tsara any an-tsaha ny DES (i.e., raha ny sehatry ny DES manao asa tsara), dia variana hafanana avy ao amin'ny tontolo iainana ho an'ny famokarana taratasy ity.

Fa ny diffusion singa dia mitohy sy unidirectional fiovana eo amin'ny Ion fitanana, izay tena mitondra ho amin'ny equalization ny mifantoka sy nijanona nitarika diffusion, tsy toy equilibrium Donnan, izay, amin'ny raharaha tete azo quasistatic onja Ion mifantoka, indray mandeha rehefa tonga ny vola sasany vidiny, mbola niova .

Fig. 2 dia mampiseho sary ny redox tsirim ny fanehoan-kevitra ny hidrôzenina sy ny oksizenina, rehefa manova ny asidra ny vahaolana. Ny tabilao mampiseho fa mety ny electrode fananganana ny oksizenina fanehoan-kevitra ao amin'ny tsy fisian'ny OH- ions (1.23 volts ao amin'ny tontolo Misy asidra) Tsy mitovy amin'ny mety mitovy amin'ny fitanana ambony (0.4 volts ao amin'ny alkaline fitaovana) amin'ny 0,83 volts. Toy izany koa, ny electrode mety ny hidrôzenina-namorona fanehoan-kevitra ao amin'ny tsy fisian'ny H + (-0.83 volts in alkaline fitaovana) Tsy mitovy amin'ny mety mitovy amin'ny fitanana avo (0 V ao amin'ny asidra fitaovana), koa amin'ny 0,83 volts [4. 66-67]. izany hoe miharihary fa 0,83 volts takiana mba hahazoana ny avo fitanan'ny ny rano ao amin'ny ions isanisany. Midika izany fa 0,83 volts takiana ho faobe ny tsy miandany dissociation-drano molekiolan'ny ho H + sy OH- ions. Noho izany, raha ny hoditra manify dia nanohana ao amin'ny singa cathode toerana Misy asidra fitaovana sy amin'ny alkaline anodic, malefaka dia afaka ny hahatratra ny DEL 0,83 volts, izay ao tsara fanekena ny teorika kajikajy aseho aloha. Ity malefaka dia manome toerana avo conductivity DES manify amin 'ny rano ho ions dissociation ao aminy.

Fig. Kisary 2. redox fanehoan-kevitra tsirim

lo ny rano, ary H + ions sy OH- ho hidrôzenina sy ny oksizenina.

RAHA sy Peltier hafanana (Fanazavana Fanampiny №2)

"Ny antony mahatonga ny ny Peltier vokany dia ny salan-angovo ny anjara-raharaha mitondra (fa definiteness elektrôna) tafiditra ao amin'ny herinaratra conductivity isan-karazany mpitarika ny ny hafa ... In ny tetezamita avy amin'ny iray ihany mpitarika any amin'ny hafa elektronika, na mamindra mihoatra fahefana Grid na manampy ny tsy fisian'ny angovo amin'ny ny vola (miankina amin'ny tari-dalana amin'izao fotoana izao).

Fig. 3. Ny Peltier vokany eo amin'ny fifandraisana sy ny Semiconductor metaly n-: ԐF - Fermi ambaratonga; ԐC - ny ambany ny conduction kibo momba ny Semiconductor; ԐV - Valence tarika; I - tsara fitarihan'ny amin'izao fotoana izao; faribolana amin'ny zana-tsipìka aseho schematically elektrôna.

Ao amin'ny tranga voalohany akaikin'ny fifandraisana dia nafahana, ary ny faharoa - ilay antsoina hoe variana .. Peltier hafanana. Ohatra, eo amin'ny fifandraisana Semiconductor - vy (Sary 3) ny hery ny elektrôna izay nitranga avy ny n-karazana Semiconductor ny metaly (ankavia mikasika) be dia avo noho ny Fermi ԐF angovo. Ary noho izany, izy ireo manitsakitsaka ny mafana ny vy equilibrium ao. Equilibrium dia haverina ho toy ny vokatry ny fifandonana, izay thermalized elektrôna, ka be loatra ny angovo manjelanjelatra.Mangatsakatsaka. Grid. Ny Semiconductor metaly (ankavanana mikasika) ihany no afaka nitranga mavitrika indrindra elektrôna, ka elektronika entona ao amin'ny metaly mihamangatsiaka. Ao amin'ny Famerenana amin'ny laoniny ny equilibrium fizarana oscillation angovo makarakara ho levona "[2, p. 552].

Mba hifandray ny vy / p-Semiconductor Toy izany koa ankehitriny. satria t-conductivity Semiconductor lavaka manome ny Valence tarika izay ambany ny Fermi ambaratonga, dia ny fifandraisana ho tony, izay elektrôna mikoriana avy amin'ny t-Semiconductor ny metaly. Peltier hafanana na variana namoaka ny fifandraisana roa mpitarika ny, noho ny famokarana ny ratsy na ny tsara ny anatiny RAHA.

Tafiditra tao amin'ny ankavia fifandraisana banga (Fig. 3), izay ny Peltier fanomezana hafanana, ny electrolytic efitra, ohatra, aqueous NaOH vahaolana (Sary 4) sy ny vy Semiconductor sy n-aoka ho zavatra simika inert.

Fig. 4. Ny fifandraisana ankavia n-Semiconductor ary ny metaly dia misokatra sy namponeninao eny amin'ny banga ny electrolyte vahaolana. Fanondroana dia mitovy tahaka ny any Fig. 3.

Satria, raha amin'izao fotoana izao aho tsy fampindramam «», ny Semiconductor ny n-elektrôna amin'ny hery ambony noho ny tonga vahaolana nivoaka avy vahaolana eo amin'ny vy, io hery be loatra (hafanana ny Peltier) dia tsy maintsy mijoro tao an-trano.

Ny amin'izao fotoana izao amin'ny alalan'ny sela mety ho raharaha ihany ny tete azo ao electrochemical fanehoan-kevitra. Raha ny fanehoan-kevitra exothermic ao amin'ny sela, ny hafanana Peltier Navoaka ao amin'ny sela, toy ny bebe kokoa izy tsy mba manana izay handeha. Raha ny fanehoan-kevitra ao amin'ny sela - endothermic, ny Peltier hafanana dia tanteraka na amin'ny ampahany mba hanonerana ny endothermic ny marina, izany hoe, mba hanangana ny fanehoan-kevitra vokatra. Ao amin'io ohatra, ny sela tanteraka fanehoan-kevitra: 2H2O → 2H2 + O2 ↑ ↑ - endothermic, toy izany koa ny hafanana (angovo) ny Peltier dia ny mamorona molekiola sy I2 O2, dia niforona ny electrodes. Noho izany, dia hahazo izany, raha nafana ny Peltier voafantina ao amin'ny mpanelanelana eo amin'ny fifandraisana tsara n-Semiconductor / metaly tsy navoaka indray ny tontolo iainana, ary voatahiry ao amin'ny endriky ny hery simika ny hidrôzenina sy ny oksizenina molekiola. Mazava ho azy, ny fiasan'ny ny ivelany loharano malefaka dia levona ho an'ny electrolysis ny rano, amin'ity tranga ity dia ho kely noho ny zava-mitovy electrodes, ka nahatonga tsy fisian'ny vokatry ny Peltier ..

Na inona na inona ireo fananan 'ny electrodes, sela mihitsy ny electrolytic afaka mandray na hiteraka hafanana, rehefa nandeha namaky ny Peltier amin'izao fotoana izao mangingina hanao izany. Ny quasi-voasakantsakan'ny toe-javatra, ny mety ho fanovana ny Gibbs sela [4, p. 60]:

Δ G = Δ H - T Δ S, izay

Δ H - enthalpy fiovana ny sela;

T - thermodynamic hafanana;

Δ S - fiovana eo amin'ny entropy ny sela;

Q = - T Δ S - raha nafana ny Peltier sela.

Fa ny hidrôzenina-efitra electrochemical oksizenina ao amin'ny T = 298 (K), ny fiovana eo amin'ny enthalpy ΔHpr = - 284.5 (Prot / Rol) [8, p. 120], ny fiovana ao amin'ny Gibbs mety [4. a. 60]:

ΔGpr = - zFE = 2 * 96485 * 1.23 = - 237.3 (Prot / Rol), izay

Z - isan'ny elektrôna isaky ny molekiola;

F - Faraday foana;

E - emf sela.

noho izany

Q Ave = - T Δ S Ave = Δ G sns - Δ H etc. = - 237,3 + 47,2 = 284,5 (Prot / Rol)> 0,

izany hoe hidrôzenina-oksizenina electrochemical sela miteraka hafanana ao amin'ny Peltier tontolo iainana, raha ny entropy fanatsarana sy fampidinana ny. Avy eo, ao amin'ny dingana no mitifitra ny mifanohitra, ny electrolysis-drano, dia ny tranga ao amin'ny ohatra, Peltier hafanana Q Mod = - Q Ave = - 47.3 (Prot / Rol) ny electrolyte dia hifantoka tanteraka amin'ny tontolo iainana.

Dia maneho P - Peltier hafanana nalaina tao amin'ny tontolo iainana eo amin'ny fifandraisana tsara n-Semiconductor / metaly. Ny hafanana P> 0 tsy maintsy mijanona eny an-efitra, fa satria lo ny rano ao amin'ny sela endothermic fanehoan-kevitra (Δ H> 0), ny hafanana Peltier P dia mba hanonerana ny mafana vokatry ny fanehoan-kevitra:

Δ G narindran'i = (Δ H narindran'i - N) + Q Mod                                                                        (1)

Mod Q miankina afa-tsy amin'ny fifehezan 'ny electrolyte, satria Izany dia toe-electrolytic amin'ny efitra inert electrodes, ary n dia miankina ihany ny electrode fitaovana.

Mira (1) dia mampiseho fa nafana ny Peltier P sy Peltier nafanaina Mod Q, dia ny famokarana ny asa ilaina. izany hoe Peltier hafanana voaisotra tamin'ny mpanelanelana mampihena ny vola lany hery ivelany loharanom-baovao iray ilaina ho an'ny electrolysis. Ny toe-javatra izay ny hafanana mpanelanelana dia loharanon'ny hery ho an'ny famokarana ny asa ilaina, dia mampiavaka diffusion, ary koa ny maro electrochemical sela, ohatra ny zavatra toy izany dia hita ao amin'ny [3, p. 248 - 249].

References

1. Gerasimov Ya. I. Mazava ho azy fa ny ara-batana simia. Tutorial: Fa oniversite. V 2 t. T.II. - 2nd ed .. - M.: Simia, Moscow, 1973. - 624 p.
2. Dashevskiy 3. M. Peltier vokany. // rakipahalalana ara-batana. Tamin'ny 5 m. T. III. Magneto - Poynting theorem. / Ch. Ed. A. M. Prohorov. Ed. manisa. DM Alekseev, A. M. Baldin, AM Bonch-Bruevich, A. Borovik-Romanov sy ny hafa -. M.: Lehibe Encyclopedia Rosiana, 1992. - 672 p. - ISBN 5-85270-019-3 (3 m.); ISBN 5-85270-034-7.
3. Krasnov KS Physical simia. Ao amin'ny 2 boky. Vol. 1. Rafitry ny Matter. Thermodynamics: proc. ho an'ny sekoly ambony; KS Krasnov, N. K. Vorobev, I. de Al Godnev -. Faha-3 edisiona .. - M.: Ambony. WK, 2001. -. 512. - ISBN 5-06-004025-9.
4. Krasnov KS Physical simia. Ao amin'ny 2 boky. Vol. 2. Electrochemistry. Chemical kinetics sy ny catalysis: proc. ho an'ny sekoly ambony; KS Krasnov, NK Vorobyov I. N. Godnev et al. -3 ed., Apok - M.: Ambony. WK, 2001. -. 319. - ISBN 5-06-004026-7.
5. Mazava ho azy fa Sivukhin DV ankapobeny ny fizika. Tutorial: Fa oniversite. Tamin'ny 5 m. T.III. Herinaratra. - edisiona faha-4, fitsaratsaram-poana .. - M.: FIZMATLIT; Trano Famoaham-boky ao amin'ny MIPT, 2004. - 656 p. - ISBN 5-9221-0227-3 (3 m.); 5-89155-086-5.
6. Tager A. A. Ara-batana simia ny polymers. - M.: Simia, Moscow, 1968. - 536 p.
7. Vetter K. Electrochemical kinetics, nadika avy tamin'ny teny alemà ny mpanoratra ny fanitsiana ny Rosiana fanontana, natontan'i Corr. Firaisana Sovietika Academy ny Siansa prof. Kolotyrkin YM - M.: Simia, Moscow, 1967. - 856 p.
8. P. Atkins ara-simia. Ao amin'ny 2 v. T.I., nadika avy tamin'ny teny anglisy ny dokotera ny siansa simika Butin kp - M.: Mir, Moscow, 1980. - 580 p.