УДК: 541.13

УДК: 541.13
А.Б. БАЕШОВ, С.С. ЕГЕУБАЕВА, А.К. БАЕШОВА
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ФОРМИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОДВИЖУЩИХ СИЛ
МЕЖДУ ГРАФИТОВЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ В РАСТВОРАХ СОДЕРЖАЩИХ
«ХИНОН-ГИДРОХИНОНОВЫЕ» СИСТЕМЫ
Исследовано влияние разности температуры в электродных пространствах
электролизера на величины ЭДС и ТКЗ в присутствии в электролите red-ox системы.
Установлено, что с увеличением разности температуры существенно растет величина
ЭДС и ТКЗ между электродами, и их величина при разности температур, равной 700С
между графитовыми электродами превышает 100,0 мВ и 0,05 мА соответственно.
Бұл ғылыми зерттеу жұмысында ерітіндіде red-ox система қатысында электрод
аралық кеңістікте пайда болатын ЭҚК және ҚТТ мәндеріне
температураның
өзгерісінің әсері зерттелді. Зерттеу нәтижелері ерітінді температураның жоғарылауы
электродтар арасында пайда болатын ЭҚК және ҚТТ мәндерінің біртіндеп өсетінін
көрсетті. Зерттеу жағдайында графит электродтар кеңістіктер арасындағы
температура айырмашылығы 700С болғанда ЭҚК мәні – 100,0 мВ, ал ҚТТ – 0,05 мА –ге
жоғарылайды.
Influence of a difference of temperature in electrode spaces of the electrolyzer at EMF
and SCC sizes at presence at system red-ox electrolyte is investigated. It is established that with
increase in a difference of temperature EMF and SCC size between electrodes significantly
grows, and their size at the difference of temperatures equal to 700C between graphite electrodes
exceeds 100,0 mV and 0,05 мА respectively.
Бурный рост промышленности и обеспечение условий для жизнедеятельности
человека потребовал концентрированных источников энергии. Для этого оказались как
нельзя, кстати, нефтепродукты и природный газ. Но запасы нефти не бесконечны. Сегодня
человечество технологически уже способно освоить ранее недоступные источники
энергии и обеспечить потребности, не нанося ущерба среде обитания. В этой связи все
большую актуальность приобретают вопросы, связанные с целесообразностью
рассмотрения нетрадиционной энергетики [1].
Казахстан имеет огромный потенциал возобновляемых источников энергии, в
частности, гидроэнергетики и ветровой энергетики. Но, к сожалению, они еще полностью
не освоены. В настоящее время, возобновляемые источники энергии представляют лишь
около 1% в энергетическом балансе Казахстана. Основной принцип использования
возобновляемой энергии заключается в её извлечении из постоянно происходящих в
окружающей среде процессов и предоставлении для технического применения.
Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов, таких как: солнечный свет,
ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота, которые являются возобновляемыми
(пополняются естественным путем) [2].
В данной работе приведены результаты исследования влияния температуры на
формирование электродвижущих сил между графитовыми электродами. Ранее авторами
было установлено, что при погружении двух электродов в водный раствор электролитов,
содержащих red-ox системы и при возникновении разности температур в электродных
пространствах, в системе возникает электродвижущая сила (ЭДС) [3]. При этом величина
ЭДС между двумя электродами, находящимися в растворах с разными температурами,
прежде всего, зависит от величины разности температур.
Как известно, согласно уравнению Нернста величина red-ox потенциала электрода
зависит от температуры раствора [4]:
𝐸 = 𝐸0 +
𝑅𝑇
С𝑜𝑥
𝑙𝑔
𝑛𝐹 С𝑅𝑒𝑑
Электродные пространства стеклянного электролизера, которые через нижнюю
часть соединены между собой электролитическим мостиком представляет установку для
преобразования тепловой энергии в электрическую. Одно пространство электролизера
имеет термостатированную рубашку, она присоединена к термостату и по мере
необходимости в растворе в этом пространстве электролизера можно устанавливать
любую температуру в пределах 20-90 0С. Величины потенциалов графитовых электродов
измеряли относительно хлорсеребряного электрода сравнения, величину потенциала и
ЭДС между графитовыми электродами определяли высокоомным вольтметром.
Рассмотрено влияние различных параметров на формирование ЭДС и ТКЗ, в
системе графит - графит в щелочных растворах, при концентрациях хинона и гидрохинона
равных - 1г/л. Эту систему можно представить следующим образом:
(t0) С | С6Н4О2, С6Н4 (ОН)2| С (tх)
где, t0 – температура раствора в холодном, tх- в горячем пространстве электролизера
При погружении графитовых электродов в раствор гидроксида натрия с
концентрацией 100 г/л, содержащий растворы хинона и гидрохинона концентрацией по 1
г/л, на поверхности электродов устанавливается следующее равновесие:
величина потенциала, которого зависит от температуры и определяется по
уравнению Нернста.
Хиноны весьма склонны к переходу в ароматическое соединение; присоединение
одного электрона приводит к образованию сёмихиненового анион-радикала, который при
присоединении еще одного электрона дает дианион, в кислой среде превращающийся в
двухатомный фенол [5-7].
Склонность хинонов к участию в окислительно-восстановительных реакциях
характеризуется окислительно-восстановительным потенциалом. В общем случае 1,2хиноны имеют более высокие потенциалы, чем 1,4-хиноны. Электроноакцепторные
группы в молекуле хинона обычно повышают его окислительно-восстановительную
способность,
электронодонорные-понижают.
Под действием мягких восстановителей хиноны легко превращаются в гидрохиноны,
причем легче всего восстанавливаются бензохиноны [8, 9].
Исследовано влияние температуры между электродными пространствами на
формирование электродвижущей силы (ЭДС) и тока короткого замыкания (ТКЗ) в
растворе, содержащем 100 г/л гидроксида натрия при концентрации хинона
и
гидрохинона равной по 1,0 г/л.
Установлено, что с повышением температуры существенно растет величина ЭДС и
ТКЗ. Как видно из рисунка – 1 а, при разнице температуры между электродными
пространствами, равной 700С, величина ЭДС и ТКЗ, соответственно, составляют 99,0 мВ и
0,05 мА, значение величины равновесного окислительно-восстановительного потенциала
составляет 137,7 мВ. (рисунок 1 б)
а)
б)
NaОН = 100г/л; С6Н4 (ОН)2 = 1,0 г/л; С6Н4 О2 = 1,0 г/л; t0= 200С;
Рис. 1 – а) Зависимость изменения величины ЭДС(1) и ТКЗ(2) между
графитовыми электродами от разности температуры в электродных пространствах;
б) – влияние изменения температуры раствора на изменение равновесного red-ox
потенциала графитового электрода системы С6Н4О2 - С6Н4 (ОН)2.
а)
б)
0
NaОН = 100г/л; С6Н4 (ОН)2 = 1,0 г/л; t, С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 2 - Зависимость изменения величины ЭДС (а) и ТКЗ (б) между
графитовыми электродами от концентрации хинона при разной температуре
термостатированного пространства электролизера
Эксперименты, посвященные исследованию влияния концентрации хинона на
величины ЭДС, ТКЗ и на изменение значения величины окислительновосстановительного потенциала графитового электрода, показали, что максимальное
значение ЭДС устанавливается при концентрации хинона 20,0 г/л при температуре
термостатированной ячейки электролизера 900С и равно 176 мВ, а значение ТКЗ - 0,082
мА. (рисунок 2)
Как показано на рисунке 3, значение red-ox потенцала С6Н4О2 - С6Н4 (ОН)2 системы
(определенного относительно хлорсеребряного электрода сравнения) при концентрации
хинона 20г/л при температуре электродного пространства электролизера 900С составляет
213,9 мВ.
NaОН = 100г/л; С6Н4 (ОН)2 = 1,0 г/л; t,0С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 3 - Изменение величины red-ox потенциала графитового электрода от
концентрации хинона при разных температурах
Максимальное значение ЭДС и ТКЗ устанавливаются
при концентрации
гидрохинона 1,0 г/л и равна – 99,0мВ и 0,05 мА соответственно (рисунок 4) при
увеличении температуры до 900С.
а)
б)
NaОН = 100г/л; С6Н4О2 = 1г/л; t,0С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 4 - Зависимость изменения величины ЭДС (а) и ТКЗ (б) между
графитовыми электродами от концентрации гидрохинона при разной температуре
термостатированной ячейки электролизера
Как показано на рисунке 5, значение red-ox потенцала С6Н4О2 - С6Н4 (ОН)2
системы
(измеренного относительно хлорсеребряного электрода сравнения) при
температуре 900С при концентрации гидрохинона 1г/л составляет 137,7 мВ.
NaОН = 100г/л; С6Н4О2 = 1г/л; t,0С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 5 - Изменение величины red-ox потенциала графитового электрода от
концентрации гидрохинона при разных температурах
Максимальное значение ЭДС и ТКЗ при концентрации гидроксида натрия 100г/л,
хинона и гидрохинона 1,0 г/л, соответственно, составляют 99,0 мВ и 0,05 мА.
а)
б)
С6Н4О2 = 1,0 г/л; С6Н4 (ОН)2 = 1,0 г/л; t,0С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 6 - Зависимость изменения величины ЭДС (а) и ТКЗ (б) между
графитовыми электродами от концентрации гидроксида натрия при разной
температуре термостатированной ячейки электролизера
Исследовано изменение величины окислительно-восстановительного потенциала
графитового электрода от концентрации гидроксида натрия при разных температурах
электролита (рисунок 7).
С6Н4О2 = 1,0 г/л; С6Н4 (ОН)2 = 1,0 г/л; t,0С: 1- 30, 2- 60, 3-90
Рис. 7 – Изменение red-ox потенциала графитового электрода от концентрации
гидроксида натрия при разных температурах раствора
Установлено, что самое максимальное значение окислительно-восстановительного
потенциала наблюдается при температуре термостатированного пространства
электролизера 900С при концентрации гидроксида натрия 100 г/л, и в присутствии хинона
и гидрохинона превышает 100 мВ и 0,05 мА, значение величины равновесного
окислительно-восстановительного потенциала превышает 130,0 мВ.
Таким образом, в растворах содержащих хинон-гидрохиноновые системы при
возникновении разности температур между электродными пространствами можно создать
условия для формирования ЭДС и ТКЗ.
Литература
1. http://www.alternative-energy.spb.ru
2. http://www.map.ren21.net/GSR/GSR2012.pdf
3. Патент РК № 24466 / Преобразователь тепловой энергии в электрическую //
Баешов А., Баешова С.А., Баешова А.К., и др. – Опубл. 15.08.2011, бюл. № 8.
4. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. Л.
«Химия», 1981. 424с.
5. Кэсон Д., в сб.: Органические реакции, пер. с англ., сб. 4, М., 1951, с. 270-336;
6. Эфрос Л. С., Горелик М. В., Химия и технология промежуточных продуктов, Л.,
1980; Общая органическая химия, пер. с англ., т. 2, М., 1982, с. 830-47.
7. Л. Физер, М. Физер. Органическая химия. Углублённый курс. М.: Химия, 1996.
т.2, гл. 26 Хиноны и ареноны.
8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5017.html
9. Каррер П., Курс органической химии, пер. с нем., 2 изд.. Л., 1962, с.
Я Вас прошу в третий раз:
1) пересохраните статью в более ранней версии.doc (.docx - в типографии не читается);
2) в конце статьи приведите сведения об авторах.
Сведения о статье
№
1
2
3
УДК (индекс
Универсальной
десятичной
классификации)
Основной автор
Соавторы
Сведения (статья)
УДК 541.13
Докторант 2 курса КБТУ Егеубаева С.С.
Д.х.н., профессор Баешов А.Б., д.х.н., профессор Баешова
А.К.
АО «Институт органического катализа и электрохимии
им.Д.В.Сокольского», г. Алматы, «КазНУ им. аль-Фараби», г.
Алматы
4
Место работы
автора (полное
наименование)
5
Название, заглавие
статьи
Влияние температуры на формирование электродвижущих
сил между графитовыми электродами
в растворах
содержащих «хинон-гидрохиноновые» системы.
6
Название
источника (полное
наименование
журнала (название
издания, серия))
Год (дата) издания
Номер издания
(том, выпуск,
серия)
Страницы
Ключевые слова
Промышленность Казахстана
7
8
9
10
2014
Окислительно-восстановительный потенциал,
электродвижущая сила (ЭДС), ток короткого замыкания
(ТКЗ), графитовые электроды, электролизер
11
Резюме на русском
языке
Исследовано влияние разности температуры в
электродных пространствах электролизера на величины ЭДС
и ТКЗ в присутствии в электролите red-ox системы.
Установлено, что с увеличением разности температуры
существенно растет величина ЭДС и ТКЗ между электродами,
и их величина при разности температур, равной 700С между
графитовыми электродами превышает 100,0 мВ и 0,05 мА
соответственно.
12
Резюме на
казахском языке
13
Резюме на
английском языке
Бұл ғылыми зерттеу жұмысында ерітіндіде red-ox
система қатысында электрод аралық кеңістікте пайда болатын
ЭҚК және ҚТТ мәндеріне температураның өзгерісінің әсері
зерттелді. Зерттеу нәтижелері ерітінді температураның
жоғарылауы электродтар арасында пайда болатын ЭҚК және
ҚТТ мәндерінің біртіндеп өсетінін көрсетті. Зерттеу
жағдайында графит электродтар кеңістіктер арасындағы
температура айырмашылығы 700С болғанда ЭҚК мәні – 100,0
мВ, ал ҚТТ – 0,05 мА –ге жоғарылайды.
Кілт
сөздер:
Тотығу-тотықсыздану
потенциалы,
электрқозғауыш күші (ЭҚК), қысқа тұйықталған ток (ҚТТ),
графит электродтары, электролизер
Influence of a difference of temperature in electrode spaces
of the electrolyzer at EMF and SCC sizes at presence at system
red-ox electrolyte is investigated. It is established that with
increase in a difference of temperature EMF and SCC size
between electrodes significantly grows, and their size at the
difference of temperatures equal to 700C between graphite
electrodes exceeds 100,0 mV and 0,05 мА respectively.
Key
words:
oxidation-reduction
potential,
the
electromotive force (EMF), current of short circuit (CSC),
graphite electrodes, electrolyzer.
14
Список литературы
1. http://www.alternative-energy.spb.ru
2. http://www.map.ren21.net/GSR/GSR2012.pdf
3. Патент РК № 24466 / Преобразователь тепловой
энергии в электрическую Баешов А., Баешова С.А., Баешова
А.К., и др. – Опубл. 15.08.2011, бюл. № 8.
4. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А.
Теоретическая электрохимия. Л. «Химия», 1981. 424с.
5. Кэсон Д., в сб.: Органические реакции, пер. с англ., сб.
4, М., 1951, с. 270-336;
6. Эфрос Л. С., Горелик М. В., Химия и технология
промежуточных продуктов, Л., 1980; Общая органическая
химия, пер. с англ., т. 2, М., 1982, с. 830-47.
7. Л. Физер, М. Физер. Органическая химия.
Углублённый курс. М.: Химия, 1996. т.2, гл. 26 Хиноны и
ареноны.
8. http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/5017.html
9. Каррер П., Курс органической химии, пер. с нем., 2
изд.. Л., 1962, с.