Termoneutrální napětí - Thermoneutral voltage
v elektrochemie, a termoneutrální napětí je pokles napětí napříč elektrochemickým článkem, který je dostatečný nejen k řízení reakce článku, ale také k poskytnutí tepla nezbytného k udržení konstantní teploty. Pro reakci formy
Termoneutrální napětí je dáno vztahem
kde je změna v entalpie a F je Faradayova konstanta.
Vysvětlení
Pro buněčnou reakci charakterizovanou chemickou rovnicí:
při konstantní teplotě a tlaku je termodynamické napětí (minimální napětí potřebné k řízení reakce) dáno vztahem Nernstova rovnice:
kde je Gibbsova energie a F je Faradayova konstanta. Standardní termodynamické napětí (tj. Při standardní teplotě a tlaku) je dáno vztahem:
a Nernstova rovnice lze použít k výpočtu standardního potenciálu za jiných podmínek.
Buněčná reakce je obecně endotermický: tj. bude extrahovat teplo ze svého prostředí.[Citace je zapotřebí ] Gibbsův výpočet energie obecně předpokládá nekonečno tepelná nádrž udržovat konstantní teplotu, ale v praktickém případě reakce ochladí rozhraní elektrod a zpomalí tam probíhající reakci.
Pokud se napětí článku zvýší nad termodynamické napětí, produkt tohoto napětí a proudu bude generovat teplo, a pokud je napětí takové, že se generované teplo shoduje s teplem požadovaným reakcí k udržení konstantní teploty, toto napětí se nazývá „termoneutrální napětí“. Rychlost dodávky tepla se rovná kde T je teplota (v tomto případě standardní teplota) a dS / dt je rychlost produkce entropie v buňce. Při termoneutrálním napětí bude tato rychlost nulová, což znamená, že termoneutrální napětí lze vypočítat z entalpie[1].
Příklad
Pro vodu při standardní teplotě (25 ° C) lze napsat čistou buněčnou reakci:
Využití Gibbsových potenciálů ( kJ / mol) [2][3], termodynamické napětí za standardních podmínek je
- 1,229 V (2 elektrony potřebné k vytvoření H2(G))
Stejně jako spalování vodíku a kyslíku generuje teplo, zpětná reakce generující vodík a kyslík bude absorbovat teplo. Termoneutrální napětí je (pomocí kJ / mol)[2][3]:
- 1,481 voltů.
Reference
- ^ Harrison, K .; Remick, R .; Hoskin, A .; Martin, G. (2010). „Výroba vodíku: základy a shrnutí případových studií (předtisk)“ (PDF). Citováno 9. února 2020.
- ^ A b Dean, John A. (1979). Lange's Handbook of Chemistry (PDF) (11 ed.). New York: McGraw-Hill.
- ^ A b Lide, David R. (2003). Příručka CRC (PDF) (84 ed.). Boca Raton: CRC Press.