Соль проводит электричество и тепло: Свойства и теплопроводность поваренной соли NaCl

Свойства и теплопроводность поваренной соли NaCl

Представлена таблица теплофизических свойств поваренной соли. Даны следующие теплофизические свойства поваренной соли: удельная теплоемкость (объемная) C_v, теплопроводность соли λ, температуропроводность a. Свойства соли NaCl указаны при 25°С в зависимости от влажности W (от 0 до 6,4%) для первого и второго сорта соли.

По данным таблицы видно, что объемная удельная теплоемкость поваренной соли уменьшается по мере роста ее влажности для первого сорта соли. Соль второго сорта имеет обратную зависимость удельной теплоемкости от влажности — более влажная соль имеет большую теплоемкость. Такие зависимости характерны для соли с влажность до 4%.

Теплопроводность соли в сухом состоянии при комнатной температуре равна 0,35…0,45 Вт/(м·град) в зависимости от сорта. Поваренная соль первого сорта более теплопроводна, чем второго. Теплопроводность поваренной соли как первого, так и второго сорта при повышении влажности имеет тенденцию к росту — значение теплопроводности соли увеличивается. Наибольшая теплопроводность свойственна соли с влажностью 6,4%. Теплопроводность такой соли составляет величину 1,25 Вт/(м·град).

Температуропроводность соли первого сорта почти на порядок больше, чем второго из-за более низкой теплоемкости и чуть большей теплопроводности соли первого сорта. Температуропроводность поваренной соли увеличивается по мере роста влажности соли.

Источник:
Теплофизические характеристики пищевых продуктов. Справочник. Гинзбург А.С. и др.

Теплофизические свойства, теплопроводность поваренной соли

Что такое поваренная соль? Ее характеристика и запасы представляют интерес для школьников, планирующих связать свою будущую профессию с физикой и химией. Именно это вещество называют самым распространенным в природе. Каков ее состав? Соль поваренная состоит из атомов натрия и хлора. С химической точки зрения это типичная средняя соль.

Распространенность в природе

Данный минерал в своем составе может иметь некоторые примеси. Например, соединения железа придают веществу красные оттенки. В природе галит встречается в виде прочных тонкозернистых масс, в небольших количествах поваренная соль находится в виде кубических кристаллов.

Рассматривая главные свойства поваренной соли, выделим хорошую растворимость данного соединения в воде. Именно поэтому пласты соли не выходят на поверхность, добычу осуществляют шахтным методом. Галит является основным солевым компонентом морей и океанов, кроме того, высоко содержание хлорида натрия в подземных минеральных водах и соляных озерах. Где еще можно обнаружить такой состав? Соль поваренная входит в состав осадочных пород. К примеру, такие пласты найдены в большом количестве в Канаде и Америке.

Помимо непосредственного употребления в пищу, поваренная соль является сырьем для производства соляной кислоты и иных веществ.

Варианты образования

Поваренная соль, электро и теплопроводность которой имеет высокие показатели, образуется при просачивании соленой воды через песок. После испарения воды осажденная соль накапливается в песке, постепенно образуя огромные соленосные пласты.

Растворимость галита почти не зависит от температуры, поэтому наблюдается пресыщение раствора, появляются огромные соляные залежи. Ученым удалось посчитать, что при внезапном испарении воды в морях и океанах из оставшейся соли можно было бы построить стену толщиной в 1 метр, высотой 280 метров, которая смогла бы полностью опоясать по экватору нашу планету.

Виды залежей

В зависимости от того, каковы условия залегания поваренной соли, выделяют ее разновидности:

• каменная соль, находящаяся между пластами в твердом состоянии;
• самосадочная порода, которая формируется в виде пластов на дне замкнутых бассейнов;
• вулканическая соль;
• выцветы.

Способы добычи и переработки минерала

В результате подземных разработок получают каменную соль. При выпаривании подземных вод получают выварочную соль.

Среди экзотических вариантов добычи этого полезного ископаемого отметим осаждение при низких температурах соль из подземных источников в Якутии. Самым дешевым способом переработки является использование самосадочных технологических процессов.

Теплопроводность поваренной соли зависит от ее сорта, влажности, температуры окружающей среды. Данное вещество является отличным сырьем для химической промышленности. Путем электролиза ее расплава получают газообразный хлор и металлический натрий. В случае проведения электролиза раствора одним из продуктов реакции является гидроксид натрия (щелочь).

Хлорид натрия является основным компонентом не только морской воды, но и сыворотки крови. Это вещество необходимо для дыхания и полноценного усвоения пищи. Без галита, не вырабатываемого организмом человека, не происходит процесс переноса кислорода и питательных веществ, передача импульсов, функционирование мускулов, включая и сердечную мышцу. Взрослый организм содержит около 250 граммов этого вещества, расходующегося на разнообразные физиологические процессы.

Именно соль многие ученые считают натуральным антидепрессантом, повышающим настроение. В случае недостатка хлорида натрия у человека развивается депрессия, психические и нервные заболевания, проблема с пищеварительной и сердечно-сосудистой системами, анорексия, мышечные судороги. Переизбыток соли грозит повышением артериального давления, проблемами с почками. Поваренная соль может стать для организма смертельным ядом!

Физические свойства

Каковы ее теплофизические свойства? Теплопроводность поваренной соли снижается при впитывании воды. Соль не обладает запахом, температура плавления составляет 801°C. По шкале Мооса твердость галита составляет 2-2,5.

Теплопроводность поваренной соли объясняет ее основные физические свойства: плотность, точку кипения. Хлорид натрия имеет различные оттенки, связанные с примесями, входящими в состав природного минерала.

Так как между катионами натрия и анионами хлора образуется ионная кристаллическая решетка, у вещества достаточно высокий показатель температуры кипения и плавления.

Теплопроводность поваренной соли объясняется наличием в молекулах ионной кристаллической решетки. Силы притяжения частиц по разным направлениям распространяются одинаково, ионы прочно связаны между собой. При нагревании хлорида натрия до его температуры плавления происходит полное разрушение структуры кристалла, из твердого состояния образуется жидкость.

Практическое значение имеет не только теплопроводность поваренной соли, но и электрическая проводимость этого вещества.

Химические свойства

Как характеризует галит химия? Физические свойства вещества соли каковы? Это твердое вещество и проводник тока и тепла. А с какими простыми и сложными веществами он может взаимодействовать?

Путем взаимодействия хлорида натрия с концентрированной серной кислотой получают хлороводород, который применяется в химической промышленности.

Качественной реакцией на хлорид-ионы является взаимодействие с солями серебра. Продуктом взаимодействия является белый осадок хлорида серебра.

Смешивание растворов поваренной соли и сульфата меди (2) приводит к образованию комплексного соединения – тетрахлоркупрата натри, имеющего зеленую окраску.

Получение

Как можно получить хлорид натрия? Поваренная соль, теплопроводность растворов которой имеет высокие показатели, в достаточном количестве распространена в природе. Именно поэтому нет смысла в разработке промышленных и лабораторных способов получения данного соединения. Например, можно получить хлорид натрия путем синтеза простых веществ: хлора и натрия.

Области применения

В современной кулинарии и пищевой отрасли применяют хлорид натрия, который имеет чистоту не менее 97 процентов. Данное вещество выступает в качестве вкусовой добавки, а также в виде вещества, необходимого для консервирования продуктов питания. У него товарное название – поваренная соль. В зависимости от того, каково ее происхождение, выделяют морскую, каменную, фторированную, йодированную соль. В поваренной соли в незначительном количестве присутствуют соединения кальция, калия, магния, придающие ей жесткость и гигроскопичность.

В зависимости от процентного содержания хлорида натрия, выделяют несколько сортов:

• «экстра» при содержании в количестве более 99,5%;
• первый сорт – 97,5%;
• высший – 98,2%;
• второй – 97%.

У хлорида натрия есть незначительные антисептические свойства, поэтому 10-15 процентным раствором соли можно избежать размножения разнообразных гнилостных болезней. Это свойство объясняет применение хлорида натрия в качестве консерванта.

0,9%-ный раствор хлорида натрия используют в медицине в виде дезинтоксикационного средства, которое корректирует при обезвоживании работу систем человеческого организма.

10%-ный раствор данного вещества применяют в качестве осмотического диуретика, незаменимого в случае отека головного мозга, а также при кровотечениях. Именно этим раствором обрабатывают гнойные раны, а в офтальмологии его используют как противоотечный препарат.

В зимнее время смесь хлорида натрия, глины, песка (техническую соль) применяют как антифриз. Этим составом посыпают тротуары, чтобы бороться с гололедом. Безусловно, данная смесь негативно отражается на состоянии обуви, автомобильного транспорта.

Для умягчения воды применяют натрий-катионитовые фильтры. Для их регенерации применяют 6-10%-ный раствор поваренной соли.

В заключение

Поваренную соль стали использовать для консервирования рыбных и мясных продуктов примерно тысячу лет назад. Солонина запасалась, в основном, для корабельной кухни. В Голландии вели засол селедки, в Англии занимались производством бекона. В X-XII веках славяне стали применять соль для защиты продуктов от гнилостных микроорганизмов.

Помимо пищевой отрасли, хлорид натрия применяют в черной, а также цветной металлургии, при обработке металлов, в машиностроении, при выделке мехов, для производства охлаждающих растворов.

Большая часть добываемой поваренной соли поступает в химическую промышленность, где она идет на производство каустической соды (гидроксида натрия) и хлора. Среди отраслей использования этого минерала и изготовление удобрений, а также реагентов для окрашивания тканей и производства мыла.

Никто точно не может сказать, когда впервые человек стал добавлять соль в свою повседневную еду. В настоящее время трудно представить себе те далекие времена, когда поваренная соль была неизвестна человечеству.

По мере развития цивилизации изменялись и совершенствовались способы добычи хлорида натрия, изучались физические и химические свойства данного соединения. Надеемся, что статья оказалась интересной и полезной для вас!

Методы познания в химии — параграф 2 ГДЗ химия 8 Рудзитис

1. Какие основные методы познания, используемые в химии, вам известны? Кратко опишите их.

Основные методы химии:

1. Наблюдение: оно всегда целенаправленно, т. е. проводится с некоторой целью — отметить изменение температуры, цвета, образование пузырьков газа или выпадение осадка.
2. Описание: важно не только заметить изменения, но и суметь их зафиксировать — отметить, какие прошли изменения, по истечении какого времени и в каких условиях проводился эксперимент.
3. Химический эксперимент: в органической химии нередко бывает так, что заранее нельзя сказать будет ли проходить реакция между веществами и если да, то какие продукты при этом образуются. Чтобы ответить на эти вопросы нужен эксперимент.
4. Измерение: важно не только зафиксировать изменения в ходе эксперимента, но и сделать качественные измерения — какой объем газа выделился, осадок какой массы выпал.
5. Моделирование: постепенно в жизнь приходят новые, компьютерные технологии. Моделирование позволяет прогнозировать поведение атомов и молекул.

2. Опишите физические свойства: а) меди; б) воды; в) соли.

Медь: золотисто-розовая, плотная (тяжелая), без вкуса и запаха. Гибкая. Хорошо проводит тепло и электрический ток.

Вода: бесцветная прозрачная жидкость без вкуса и запаха. Проводит тепло. Чистая (дистиллированная вода) не проводит электрический ток. Вода с примесями проводит электрический ток. Невысокая температура кипения (100 градусов по Цельсию) и замерзания (0 градусов Цельсия).

Соль: кристаллический порошок белого цвета. Соленая на вкус. Хорошо растворима в воде. Водные растворы соли проводят электрический ток. Сама соль обладает низкой тепло- и электропроводностью.

Тестовые задания

Установите соответствие между веществами и их свойствами.
1) порошок железа
2) порошок серы
А. хорошо проводит электричество
Б. имеет желтый цвет
В. имеет темно-серый цвет
Г. не смачивается водой
Д. имеет металлический блеск
Е. Не проводит электрический ток

1. Порошок железа — А, В, Д.
2. Порошок серы — Б, Г, Е.

Чтобы избежать разбрызгивания смеси при разбавлении концентрированной серной кислоты водой, нужно
1) воду в кислоту добавлять по каплям
2) воду в кислоту добавлять струйкой
3) кислоту в воду добавлять небольшими порциями
4) одновременно вливать воду и кислоту в один сосуд

Ответ: 3) кислоту в воду добавлять небольшими порциями.

Лайфхак как запомнить этот момент: что будет если концентрированная кислота с небольшим содержанием воды попадет на кожу? А если вода с небольшим содержанием кислоты? Вот поэтому кислоту добавляют в воду (возможно разбрызгивание из-за выделяющегося тепла).

Верны ли следующие суждения?
А. При работе со спиртовкой нельзя зажигать одну спиртовку от другой.
Б. Без указания учителя нельзя смешивать неизвестные вещества.
1) верно только А
2) верно только Б
3) оба суждения верны
4) оба суждения неверны

Ответ: 3) оба суждения верны

хранение энергии при помощи расплавленной соли выходит на новый уровень / Блог компании Madrobots / Хабр

Солнечные термоэлектростанции используют расплавленную соль в качестве теплоносителя. Работает система относительно просто: сфокусированные солнечные лучи направляются при помощи зеркал на башню с солью, соль плавится под воздействием температуры, переносит тепло. Его используют для превращения воды в перегретый пар, который вращает турбины, вырабатывающие электричество.

Как оказалось, при помощи расплавленной соли энергию можно не только вырабатывать, но и запасать. Именно этим занимается стартап Malta, который ранее являлся частью подразделения Х корпорации Alphabet. И этот стартап, уйдя из Alphabet, уже успел получить $26 млн от группы инвесторов Breakthrough Energy Ventures. Членами группы являются Джефф Безос, Билл Гейтс, Майкл Блумберг.

Зачем запасать энергию, да еще таким странным способом? Дело в том, что «зеленой» энергии с каждым годом вырабатывается все больше, зачастую образуются излишки, которые негде запасать. В Китае в 2017 году было потеряно 17% энергии, полученной при помощи ветровых турбин. Литиевые аккумуляторные системы пока что слишком дорогие, так что их не могут использовать все желающие. Стартап Malta утверждает, что запасать энергию можно при помощи более экономного способа.

О принципе работы системы, заложенной в основу Malta, рассказывалось еще в 2017 году. В основе всего — расплавленная соль, разогретая до высокой температуры и недорогой охлажденный антифриз. Сначала, используя тепловой насос, электричество превращают в тепло, запасая его в расплаве соли. Далее, когда электричество снова потребуется (например, ночью или в безветренный день), расплавленную соль объединяют с холодным антифризом, а тепловой насос преобразует тепло в электричество. Хранить тепло можно неделями.

Cейчас компания решила начать работать с целью получения прибыли, то есть стать коммерческой организацией, а не научно-популярным подразделением Google.

Преимущество Malta в том, что ее системы могут быть размещены где угодно (конечно, имеется в виду регион, где есть необходимость в запасании энергии). Кроме того, такая система получается не особенно дорогой, так что развертывание инфраструктуры такого рода не слишком ударит по карману налогоплательщикам или же какой-либо компании, решившей воспользоваться услугами Malta. Срок службы системы составляет 20-40 лет. В отличие от тех же литиевых аккумуляторов расплав соли не «потеряет емкость» и не испортится. Нет и выделения токсичных веществ.

Стоит отметить, что Malta базируется на разработке Нобелевского лауреата по физике Роберта Лафлина. В апреле этого года компания опубликовала патент своей разработки.

Пилотный проект будет реализован в Китае, правительство которого выразило готовность поддержать проект. Массивную систему сразу создать не получится, авторы развернут относительно небольшую инфраструктуру, которую, впрочем, легко масштабировать.

Почему раствор сахара не проводит электрический ток, а раствор хлорида натрия проводит

Электрический ток представляет собой направленное перемещение в замкнутой электрической цепи заряженных частиц. Заряженные частицы движутся под действием электродвижущей силы к полюсу, знак которого противоположен знаку их заряда. Почему электрический ток раствор сахара не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, рассказывается в статье.

Что необходимо для существования электрического тока

Перед тем как рассмотреть вопрос о том, почему электрический ток раствор сахара не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, рассмотрим условия, при которых этот ток может существовать.

Во-первых, главным условием возникновения электрического тока является наличие так называемой электродвижущей силы. Эта сила, воздействуя на заряженные частицы, приводит к их направленному движению в замкнутой цепи. В качестве источника электродвижущей силы может выступать электрическая батарея, генератор и некоторые другие приборы.

Во-вторых, для существования в замкнутой цепи тока необходимо наличие заряженных и свободных частиц, то есть таких, которые под действием электрического поля могли бы направленно перемещаться к положительному или отрицательному полюсам источника тока.

Например, в металлических материалах присутствует большое количество свободных валентных электронов, которые являются носителями электрического заряда. Твердые вещества, которые проводят электрический ток, носят название проводников.

В случае растворов в качестве носителей заряда могут выступать заряженные группы атомов (катионы и анионы). Проводящие электрический ток растворы называют электролитами.

Электропроводность воды

Вода представляет собой с химической точки зрения соединение H₂O. Молекула воды является электрически нейтральной, поэтому участвовать в переносе электрического заряда не может, иными словами чистая вода — это плохой проводник электрического тока, однако сама молекула является электрически полярной, поскольку большая плотность электронов сосредоточена в области атома кислорода.

Для воды электрическая проводимость повышается за счет присутствия в ней различных ионов. Так, даже чистая дистиллированная вода обладает некоторой проводимостью из-за растворения в ней углекислого газа с образованием свободных протонов H⁺ и отрицательно заряженных гидрокарбонатных групп (HCO₃)^—. За счет этого процесса электропроводность воды дистиллированной равна 5,5*10^-6 См/м. Чтобы понять значимость приведенной цифры, отметим, что электропроводность меди при 20 °C составляет 5,96*10⁷ См/м, что больше электропроводности чистой воды на 13 порядков!

Что такое сахар

С точки зрения химии сахар представляет собой дисахарид, формула которого — C₁₂H₂₂O₁₁. Сахар состоит из молекулы сахарозы и молекулы фруктозы. Молекула сахара образуется за счет прочных ковалентных связей между атомами углерода, кислорода и водорода, что является важным моментом для понимания, почему не проводит электрический ток раствор сахара.

Говоря о физических свойствах сахара, следует отметить, что он обладает высокой растворимостью в воде. Так, при 20 °C в 100 г воды можно растворить 203,9 г сахара. При увеличении температуры воды этот показатель также растет, достигая значения 478,2 г при 100 °C. Водный раствор сахара называется сиропом.

Что такое хлорид натрия

Хлорид натрия или столовая соль представляет собой вещество, химическая формула которого — NaCl. В природе хлорид натрия присутствует в форме минерала галита. В твердом состоянии NaCl представляет собой ионный кристалл, образованный анионами Cl^— и катионами Na⁺, которые находятся в узлах кристаллической решетки. Каждый ион в решетке окружен шестью ионами, имеющими противоположный знак и расположенными в вершинах октаэдра.

У хлорида натрия кристаллическая решетка является сложной. Ее можно представить как две гранецентрированные кубические решетки (одна образована катионами Na⁺, а другая анионами Cl^—), вставленные друг в друга.

Для понимания ответа на вопрос о том, почему раствор сахара электрический ток не проводит, а раствор хлорида натрия проводит, также важно знать, что поваренная соль отлично растворяется в воде.

Что происходит при растворении в воде сахара и хлорида натрия

Зная необходимые условия для возникновения электрического тока, а также химический состав и кристаллическую структуру сахара и хлорида натрия, перейдем непосредственно к ответу на вопрос о том, почему раствор хлорида натрия проводит, а раствор сахара не проводит электрический ток.

Сначала рассмотрим, что происходит с кристаллом NaCl в воде. Полярность молекул H₂O приводит к тому, что они окружают катионы и анионы кристалла NaCl и просто «разбирают» его на части. Растворяясь в воде, хлорид натрия переходит в свободные ионы Na⁺ и Cl^—, которые способны участвовать в образовании электрического тока. В зависимости от концентрации растворенной соли, проводимость воды повышается на несколько порядков.

Почему раствор сахарного песка электрического тока не проводит? Все просто, полярные молекулы воды также разрушают связи между молекулами дисахарида в кристалле (эти связи имеют ван-дер-ваальсовую природу), в результате в растворе оказываются окруженные водой молекулы C₁₂H₂₂O₁₁, которые являются электрически нейтральными, то есть они не способны участвовать в поддержании электрического тока в этом растворе.

АВТОНОМНЫЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА (УСТРОЙСТВА ИНДИВИДУАЛЬНОГО ОБОГРЕВА). (Обзор): govorilkin — LiveJournal

погодой   навеяло

НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИНЦИПАХ РАБОТЫ

Угольные грелки.
Еще лет 90 назад изобретательская мысль обратилась к самому распространенному экзотермическому процессу — реакции горения. Появились устройства , в которых тлеющий угольный стержень, обернутый в специальную бумагу был помещен в металлический корпус, а последний в суконный чехол . Такие грелки весили сравнительно немного , а действовали 5-6 часов . На поверхности корпуса температура была от 60 до 100 градусов Цельсия .

С + О2 —> CО2 + 94 ккал/моль

Каталитические грелки.
Во время первой мировой войны в окопах мерзли миллионы солдат, и за четыре военных года изобретатели США , Японии и Англии запатентовали несколько вариантов карманных жидкостных грелок . Принцип их действия был прост: каталитическое беспламенное окисление спирта или бензина . Катализатором во всех случаях служила платина. Японская грелка выглядела как портсигар, внутри которого были резервуар, набитый ватой и платиновая прокладка. В корпусе были просверлены отверстия для подачи воздуха к катализатору и отвода газообразных продуктов горения. Для запуска грелки в резервуар заливался спирт, который пропитывал вату. Затем катализатор прогревали пламенем спички и начиналась реакция. Основной недостаток каталитических грелок — ограниченный срок службы: примеси, содержащиеся в горючем быстро отравляют катализатор и греющий портсигар становится бесполезным.

Грелки, использующие реакцию гашения извести.

Еще в 20-х годах в Германии для разогрева пищи в полевых условиях предложили использовать тепло, выделяющееся при гашении водой негашеной извести. Однако недостаточно большой тепловой эффект реакции помешал на первых порах практическому применению этой идеи. Шагом вперед стало сочетание двух реакций : гашения извести и ее нейтрализации . Для этого в известь ввели кристаллогидраты щавелевой или лимонной кислоты . Реакции в грелке пошли по следующей схеме.

СаО + Н2 О —> Ca(OH)2 + 10.6 ккал.
2Са(ОН)2 + Н2С2О4 + 2 Н2О —> CаС2О4 + 4Н2О + 31 ккал

С помощью этих двух реакций можно в портативном устройстве получить температуру от 100 до 300 градусов Цельсия . Кроме того , использование кристаллогидратов кислот позволяет запускать грелку небольшим количеством воды, а с очередными порциями извести будет реагировать вода, выделяющаяся при нейтрализации.

Грелки, использующие реакции окисления металлов.
В обычных условиях коррозия металлов на воздухе протекает, к счастью, медленно. Присутствие солей резко ускоряет процесс. В конце 20-х годов для обогрева бойцов Красной Армии была рекомендована «железная» грелка — в мешочек из прорезиненной ткани помимо железных опилок помещали перманганат калия и наполнители — уголь и песок. После добавления воды на поверхности грелки в течение 10-20 часов поддерживается температура 100 градусов Цельсия.

4Fe + 2h3 O + 3O2 —> 2(Fe2O3 * h3O) + 390.4 ккал/моль

Вместо железа в коррозионных грелках лучше применять алюминий. Тепла в этой реакции выделяется гораздо больше, чем при окислении железа :

8Аl + 3Fe3O4 —> 4Al2O3 + 9Fe + 795 ккал/моль

Грелки, использующие реакции вытеснения металлов.
В 1940 году в СССР был разработан обогревательный пояс — обтянутый кожей медный резервуар, который крепился на брючном ремне. В резервуар засыпали 200 г. реакционной смеси — алюминиевого порошка хлористой меди , взятых в стехиометрическом соотношении . Воду в количестве 100-120 мл. добавляли в резервуар из баллончика, находящегося в нагрудном кармане. Подачу воды регулировало несложное тепловое реле. Пояс мог согревать в течение 8 часов. Эта химическая грелка была новой не только по форме, но и по содержанию: впервые было использовано тепло, возникающее при вытеснении одного металла другим — более электроотрицательным. В Ленинграде, в блокадную зиму 1942 года , использовали грелки, заполненные смесью хлористой меди и железных стружек. От одной заправки водой такие грелки работали 60-70 часов.

Кристаллизационные грелки.
В кристаллизационных грелках используются вещества с низкими температурами плавления и относительно высокими теплотами плавления. Подобный термоаккумулятор отдает тепло, которое высвобождается при кристаллизации или затвердевании предварительно нагретого и расплавленного вещества. Классическое рабочее тело грелок-аккумуляторов парафин. Можно использовать также стеариновую кислоту, низко плавкие кристаллогидраты, например, глауберову соль Na2 SO4 * 10h3O или тригидрат ацетата натрия Ch4COONa * 3h3O. Небольшие добавки к кристаллогидратам хлористого кальция, тиосульфита натрия или глицерина позволяют замедлить процесс кристаллизации и тем самым повысить продолжительность работы грелки. Грелка разогревается за 15 сек. до 55 °С и процесс выделения тепла продолжается 25-30 минут. Грелка обладает достаточно высокой теплоемкостью и еще минут 25-30 способна отдавать тепло в режиме остывания. Грелка кристаллизационного типа хороша, как лечебное и профилактическое средство при воспалительных процессах , для больных с различными формами радикулита, для тюбажа печени и других процедур в стационарных условиях (дома или в больнице).

Использование кристаллизационных грелок в чрезвычайных ситуациях в полевых условиях ограничено непродолжительностью режима тепловыделения грелок.

Основное достоинство грелок кристаллизационного типа — возможность многократного использования: для восстановления исходного состояния грелки достаточно прокипятить ее в воде в течении 15-20 минут.

http://umcsa.narod.ru/rus/umcsa/projects/ait.htm 

ГРЕЛКА ИЗ ПРОБИРКИ
В походе, на рыбалке, особенно в непогоду часто возникает нужда обыкновенной грелке. Конечно, неплоха и обычная резиновая, но у нее есть один существенный недостаток: очень уж медленно греется для нее на костре вода.

Попробуем сделать химическую грелку. Для этого нам понадобятся самые обычные реактивы.

Для начала проведем несложный опыт. Пойдите на кухню и возьмите пачку поваренной соли. Впрочем, пачка не понадобится. Достаточно будет 20 г (2 чайных ложки). Затем загляните в шкафчик, где хранятся всевозможные хозяйственные препараты и материалы. Наверняка там сохранилось после ремонта квартиры немного медного купороса. Его понадобится 40 г (3 чайных ложки). Древесные опилки и кусок алюминиевой проволоки, надо полагать, тоже найдутся. Если так, все готово. Разотрите в ступке купорос и соль так, чтобы величина кристаллов не превышала 1мм (разумеется, на глаз). В полученную смесь добавьте 30 г (5 столовых ложек) древесных опилок и тщательно перемешайте. Кусок проволоки согните спиралью или змейкой, вложите в банку из-под майонеза. Туда же засыпьте подготовленную смесь так, чтобы уровень засыпки был на 1-1.5 см ниже горлышка банки. Грелка у вас в руках. Чтобы привести ее в действие, достаточно влить в банку 50 мл (четверть стакана) воды. Спустя 3-4 минуты температура грелки поднимется до 50-60° С.

Откуда берется в банке тепло, и какую роль играет каждый из компонентов? Обратимся к уравнению реакции:

CuSO4+2NaCl > Na2SO4+CuCl2

В результате взаимодействия медного купороса с поваренной солью образуется сульфат натрия и хлорная медь. Именно она нас интересует. Если вычислить тепловой баланс реакции, то окажется, что при образовании одной грамм-молекулы хлорной меди выделяется 4700 калорий тепла. Плюс теплота растворения в исходных образующихся препаратов — 24999 калорий. Итого: примерно 29600 калорий.

Тотчас же после образования хлорная медь вступает во взаимодействие с алюминиевой проволокой:

2Al+3CuCl2 > 2AlCl3+3Cu

При этом выделяется (также в пересчете на 1 г-моль хлорной меди) примерно 84000 калорий.

Как видите, в результате процесса суммарное количество выделяющегося тепла превышает 100000 калорий на каждую грамм-молекулу вещества. Так что никакой ошибки или обмана нет: грелка самая настоящая.

А что же опилки? Не принимая никакого участия в химических реакциях, они в то же время играют очень важную роль. Жадно впитывая в себя воду, опилки замедляют течение реакций, растягивают работу грелки во времени. К тому же древесина обладает достаточно низкой теплопроводностью: она как бы аккумулирует выделяющееся тепло и затем постоянно отдает его. В плотно закрытой посуде тепло сохраняется, по меньшей мере, два часа.

И последнее замечание: банка, конечно, не лучший сосуд для грелки. Она понадобилась нам только для демонстрации. Так что сами подумайте над формой и материалом для резервуара, в который поместить греющую смесь.

Источник: журнал «Юный техник», №5, 1983г., стр.78-79.
Автор: инженер Ф. Никулин.

Аккумулирование тепловой энергии: за этим

Аккумулирование тепловой энергии (АТЭ) происходит благодаря широкому спектру технологий. В зависимости от конкретной технологии, оно дает возможность хранить и использовать избыточную тепловую энергию в течение нескольких часов, дней или даже нескольких месяцев в масштабах, характерных для использования отдельными пользователями, строительства (в том числе – крупномасштабного), использования в рамках округа, города или региона. Примеры использования – балансировка спроса на энергию между дневным и ночным временем, хранение летнего тепла для отопления зимой или зимнего холодного воздуха для кондиционирования воздуха. Среди средств хранения – емкости для хранения воды или льда, массы материнской почвы или коренная порода, связанная с теплообменниками с помощью буровых скважин, глубоколежащие водоносные горизонты, находящиеся между непроницаемыми слоями; мелкие ямы, заполненные гравием и водой и изолированные в верхней части; также средствами хранения могут быть эвтектические растворы и солевые грелки.

Другими источниками тепловой энергии для хранения могут быть тепло или холод, произведенный тепловыми насосами во внепиковые периоды производства дешевой электроэнергии, практика, известная как ограничение пика нагрузки; тепло от теплоэлектроцентралей; тепло, произведенное возобновляемыми источниками энергии, превышающими потребности электросетей, и бросовое тепло от промышленных процессов. Как сезонное, так и кратковременное хранение тепла считается важным средством для дешевого балансирования высокой доли разнообразных возобновляемых источников энергии и интеграции электроэнергетического и теплоэнергетического секторов в энергосистемах для достижения 100 % доли возобновляемой энергии.

Аккумулирование солнечной энергии

Самые активно применяемые системы солнечного отопления могут хранить энергию сроком от нескольких часов до нескольких дней. Однако, наблюдается рост числа мощностей, использующих сезонное аккумулирование тепловой энергии (САТЭ), что позволяет хранить солнечную энергию летом, чтобы использовать ее для отопления помещений в зимний период. Солнечное сообщество Дрэйк Лэнлинг из провинции Альберта в Канаде сейчас научилось использовать 97 % солнечной энергии круглый год, что является рекордом, ставшим возможным только благодаря использованию САТЭ.

Использование как скрытой, так и явной теплоты также возможно в высокотемпературных системах приема солнечной тепловой энергии. Различные эвтектические смеси металлов типа Алюминия и Кремния (AlSi12) предлагают высокую точку плавления для эффективного производства пара, в то время как глиноземные смеси на основе цемента предлагают хорошие свойства хранения тепла.

Технология расплава солей

Явная теплота расплава солей также используется для хранения солнечной энергии при высоких температурах. Расплавы солей могут применяться в качестве метода аккумулирования остаточной тепловой энергии. На данный момент это – коммерческая технология для хранения тепла, собранного гелиоконцентраторами (к примеру, с СЭС башенного типа или параболоцилиндров). Тепло позднее может быть преобразовано в перегретый пар для питания обычных паровых турбин и выработки электричества в плохую погоду или ночью. Это было продемонстрировано в 1995—1999 годах в рамках проекта «Solar Two». Оценки 2006 года предсказывали годовую эффективность в 99 %, ссылаясь на сравнение энергии, сохраненной в виде тепла перед преобразованием в электричество и преобразования тепла в электричество напрямую. Используются различные эвтектические смеси солей (к примеру, нитрат натрия, нитрат калия и нитрат кальция). Использование таких систем в качестве среды переноса тепла заметно в химической и металлургической промышленности.

Соль плавится при 131C (268F). Она хранится в жидком состоянии при 288C (550F) в изолированных «холодных» емкостях для хранения. Жидкая соль перекачивается через панели солнечного коллектора, где сфокусированное солнечное тепло нагревает ее до 566C (1 051F). Затем оно отправляется в горячую емкость для хранения. Сама изоляция емкости может использоваться для хранения тепловой энергии в течение недели. В случае потребности в электричестве, горячий расплав солей перекачивается в обычный парогенератор для производства перегретого пара и запуска стандартной турбогенераторной установки, используемой на любой угольной, нефтяной или атомной электростанции. Турбина мощностью в 100 МВт потребует емкость высотой в 9,1 м (30 футов) и диаметром 24 м (79 футов) для ее запуска в течение четырех часов по подобному принципу.

В разработке находится единый бак с разделительной плитой для сохранения и холодного, и горячего расплава солей. Гораздо более экономичным будет достижение на 100 % большего количества хранения энергии на единицу объема в сравнении со сдвоенными емкостями, так как емкость для хранения расплава солей достаточно дорога из-за сложной конструкции. Солевые грелки также используются для хранения энергии в расплавах солей.

Несколько параболоцилиндрических электростанций в Испании и «Solar Reserve» — разработчик солнечных электростанций башенного типа использует этот концепт для хранения тепловой энергии. Электростанция Солана в США может хранить в расплавах солей энергию, которая вырабатывается 6 часов. Летом 2013 года на электростанции «Gemasolar Thermosolar», работающей и как гелиоконцентратор, и как электростанция на расплавах солей в Испании, впервые удалось непрерывного производства электричества в течение 36 дней.

Накопление тепла в емкостях и пещерах в скалах

Паровой аккумулятор состоит из изолированного стального резервуара высокого давления, содержащего горячую воду и пар под давлением. В качестве метода для хранения тепла он используется для того, чтобы уравновешивать производства тепла изменчивыми или стабильными источниками при изменяющемся спросе на тепло. Паровые аккумуляторы могут стать действительно необходимыми для накопления энергии в проектах, связанных с тепловой солнечной энергией.

Крупные накопители широко применяются в Скандинавии для хранения тепла в течение нескольких дней, разделения производства тепла и энергия и помощи в удовлетворении пикового спроса. Исследовалось (и оказалось экономически выгодным) межсезонное аккумулирование тепла в пещерах.

Накопление тепла в горячей породе, бетоне, гальке и т.д.

Вода обладает одной из самых высоких теплоемкостей – 4,2 Дж/см3*К, тогда как бетон обладает лишь одной третью от этого значения. С другой стороны, бетон может нагреваться до гораздо более высоких температур – 1200C за счет, например, электронагрева и, таким образом, обладает гораздо большей общей емкостью. Следуя из примера далее, изолированный куб примерно 2,8 м в поперечнике может оказаться способным обеспечивать достаточный объем хранимого тепла для одного дома, чтобы удовлетворить 50 % потребности в отоплении. В принципе, это может быть использовано для хранения избыточной ветряной или фотоэлектрической тепловой энергии благодаря способности электронагрева к достижению высоких температур. На уровне округов международное внимание привлек проект «Виггенхаузен-Зюд» в немецком городе Фридрисхафене. Это – железобетонный теплоаккумулятор объемом в 12 000 м3 (420 000 куб.фт.), соединенный с комплексом солнечных коллекторов площадью 4 300 м2 (46 000 квадр. фт), наполовину обеспечивающих потребность в горячей воде и отоплении у 570 домов. Компания «Siemens» строит под Гамбургом хранилище тепла емкостью 36 МВТ*ч, состоящее из базальта, разогретого до 600C, и выработкой энергии в 1,5 МВт. Схожая система планируется для постройки в датском городе Сорё, где 41-58 % накопленного тепла емкостью в 18 МВт*ч будет передаваться для центрального теплоснабжения города, а 30-41 % — как электричество.

Технология сплава на границе растворимости

Сплавы на границе растворимости основаны на изменении фазы металла с целью хранения тепловой энергии.

Вместо того, чтобы перекачивать жидкий металл между емкостями, как в системе с расплавом солей, металл заключается в капсулу из другого металла, с которым не может сплавиться (не поддающийся смешению). В зависимости от выбора двух материалов (материал, меняющий фазу и материал капсулы), плотность хранения энергия может оставлять 0,2-2 МДж/л.

Рабочая среда, как правило – вода или пар, используется для передачи тепла к и от сплава на границе растворимости. Теплопроводность таких сплавов зачастую выше (до 400 Вт/м*К), чем у конкурирующих технологий, что означает более быструю возможную «загрузки» и «разгрузки» теплового хранилища. Технология еще не реализована для использования в промышленных масштабах.

Электротермические накопители

Электроаккумуляционные печи – обычное дело для европейских домов с регистрацией электропотребления с учетом времени суток (чаще всего использующие более дешевое электричество ночью). Они состоят из керамических кирпичей высокой плотности или феолитовых блоков, нагретых электричеством до высоких температур, которые могут иметь или не иметь хорошую изоляцию и контролируют высвобождение тепла через определенное число часов.

Технологии с использованием льда

Разрабатывается ряд технологий, где лед производится во внепиковые периоды и позднее используется для охлаждения. К примеру, кондиционирование воздуха может быть экономичнее за счет использования дешевого электричества ночью для заморозки воды и последующего использования холодильной мощности льда днем для уменьшения количества энергии, требуемой для поддержания кондиционирования воздуха. Аккумулирование тепловой энергии с применением льда использует высокую теплоту плавления воды. Исторически лед перевозили с гор в города, чтобы использовать его, как охладитель. Одна метрическая (= 1 м3) тонна воды может хранить 334 миллиона джоулей (Дж) или 317 000 Британских термических единиц (93 кВт*ч). Относительно небольшой накопитель может хранить достаточно льда, чтобы охлаждать крупное здание целый день или неделю.

Помимо применения льда для прямого охлаждения, он также используется в тепловых насосах, на которых работают системы отопления. В этих сферах изменения энергии фазы обеспечивают очень серьезный теплопроводный слой, близкий к нижнему порогу температур, при котором может работать тепловой насос, использующий теплоту воды. Это позволяет системе переносить серьезнейшие отопительные нагрузки и увеличивать промежуток времени, в течение которого элементы источников энергии могут возвращать тепло в систему.

Сверхпроводящий накопитель энергии

В этом процессе используется разжижение воздуха или азота, как способ хранения энергии.

Первая система накопления энергии при сверхнизких температурах, использующая жидкий воздух в качестве накопителя энергии, а низкопробное бросовое тепло – для запуска повторного теплового расширения воздуха, работает на электростанции в городе Слау (Великобритания) с 2010 года.

Технологии на основе горячего кремния

Твердый или расплавленный силикон предлагает гораздо более высокие температуры хранения, чем соли, а значит – и большие емкость и КПД. Он был исследован, как, возможно, гораздо более эффективная технология хранения энергии. Кремний способен хранить более 1 МВт*ч энергии на м3 при температуре в 1400C.

Накопление электричества после накачки теплом

В случае накопления электричества после накачки теплом (НЭПНТ) двухсторонняя теплонасосная система используется для сохранения энергии за счет разницы температур между двумя накопителями тепла.

Система от «Isentropic»

Система, которая была разработана ныне обанкротившейся британской фирмой «Isentropic», работала так, как указано ниже. Она включала в себя два изолированных контейнера, заполненных измельченной породой или гравием; нагретый сосуд, хранящий тепловую энергию при высокой температуре и давлении, и холодный сосуд, хранящий тепловую энергию при низкой температуре и давлении. Сосуды соединены трубами вверху и внизу, а вся система заполнена инертным газом аргоном.

Во время цикла зарядки система использует внепиковое электричество для работы в качестве теплового насоса. Аргон из верхней части холодного сосуда при температуре и давлении, сравнимыми с атмосферными, адиабатически сжимается до давления в 12 бар, нагреваясь до примерно 500C (900F). Сжатый газ перегоняется в верхнюю часть нагретого сосуда, где он просачивается сквозь гравий, передавая свое тепло породе и охлаждаясь до температуры окружающей среды. Охлажденный, но все еще находящийся под давлением, газ оседает на дне сосуда, где снова расширяется (опять же адиабатически) до 1 бара и температуры в -150C. Затем холодный газ проходит через холодный сосуд, где охлаждает породу, нагреваясь до своего изначального состояния.

Энергия снова превращается в электричество при обратном проведении цикла. Горячий газ из нагретого сосуда расширяется, чтобы запустить генератор, и затем отправляется в холодное хранилище. Охлажденный газ, поднявшийся со дна холодного сосуда, сжимается, нагревая газ до температуры окружающей среды. Затем газ направляется ко дну нагретого сосуда, чтобы снова подвергнуться нагреванию.

Процессы сжатия и расширения обеспечиваются специально разработанным поршневым компрессором, использующим скользящие клапаны. Дополнительное тепло, вырабатываемое в ходе недостатков процесса, уходит в окружающую среду через теплообменники во время цикла разрядки.

Разработчик заявляет, что КПД цикла в 72-80 % вполне реален. Это позволяет сравнивать его с накоплением энергии от ГАЭС, КПД которого составляет свыше 80 %.

Другая предлагаемая система использует турбины и способна работать с гораздо большими объемами энергии. Использование солевых грелок в качестве накопителя энергии позволит продвинуть исследования вперед.

Эндотермические и экзотермические химические реакции

Технология на основе гидратов солей

Примером экспериментальной технологии накопления энергии на основе энергии химических реакций является технология на основе гидратов солей. Система использует энергию реакции, создаваемой в случае гидратации или дегидратации солей. Это работает благодаря хранению тепла в резервуаре, содержащем 50 %-ный раствор гидроксида натрия. Тепло (к примеру, получаемое с солнечного коллектора) хранится за счет испарения воды в ходе эндотермической реакции. Когда воду добавляют вновь, в ходе экзотермической реакции при 50C (120F) высвобождается тепло. На данный момент системы работают с КПД в 60 %. Система особенно эффективна для сезонного накопления тепловой энергии, так как высушенная соль может храниться при комнатной температуре длительное время без потерь энергии. Контейнеры с обезвоженной солью даже могут перевозиться в различные места. Система обладает большей плотностью энергии, чем тепло, накопленное в воде, а ее мощность позволяет хранить энергию в течение нескольких месяцев или даже лет.

В 2013 году голландский разработчик технологий «TNO» представил результаты проекта «MERITS» по хранению тепла в контейнере с солью. Тепло, которое может доставляться с солнечного коллектора на плоскую крышу, выпаривает воду, содержащуюся в соли. Когда воду добавляют снова, тепло высвобождается практически без потерь энергии. Контейнер с несколькими кубометрами соли может хранить достаточно термохимической энергии, чтобы обогревать дом всю зиму. При температурном режиме, как в Нидерландах, среднее теплоустойчивое хозяйство потребует за зиму примерно 6,7 ГДж энергии. Чтобы сохранить столько энергии в воде (при разнице температур в 70C), потребовалось бы 23 м3 воды в изолированном резервуаре, что превышает возможности хранения большинства домов. С использованием технологии на основе гидрата солей с плотностью энергии около 1 ГДж/м3, достаточно было бы 4-8 м3.

По состоянию на 2016 год, исследователи из нескольких стран проводят эксперименты по определению наилучшего типа соли или смеси солей. Низкое давление внутри контейнера кажется наилучшим для передачи энергии. Особенно перспективными являются органические соли, так называемые «ионные жидкости». По сравнению с сорбентами на основе галида лития они вызывают гораздо меньше проблем в условиях ограниченных природных ресурсов, а в сравнении с большинством галидов и гидроксидом натрия – менее едки и не дают негативного воздействия через выбросы углекислого газа.

Молекулярные химические связи

На данный момент исследуется возможность хранения энергии в молекулярных химических связях. Уже достигнута плотность энергии, эквивалентная ионно-литиевым батареям.

Загрузка…

Почему раствор соли проводит электричество, а раствор сахара — нет?

размещено на 28 октября, 2017

Почему соль проводит электричество

Почему раствор соли проводит электричество, а раствор сахара — нет?

Солевой раствор, такой как хлорид натрия (NaCl), проводит электрический ток, потому что в нем есть ионы, которые могут свободно перемещаться в растворе. Эти ионы образуются, когда хлорид натрия растворяется в чистой воде с образованием натрия (Na ⁺ ) и хлорид-ионов (Cl ^— ).

Когда вы вставляете электроды измерителя проводимости в раствор соли, положительные ионы натрия обычно перемещаются к отрицательному электроду, а отрицательные ионы хлорида перемещаются к положительному электроду. Это движение ионов к противоположным концам электродов позволяет электрическому току проходить через раствор.

С другой стороны, сахарный раствор не проводит электрический ток, потому что сахар (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ) растворяется в воде с образованием молекул сахара.Эти молекул сахара обычно нейтральны, (не заряжены) и поэтому не могут перемещаться к противоположным концам электродов, как ионы.

Вот модель, которая иллюстрирует, почему NaCl проводят электричество при растворении в воде.

Солевой раствор проводит электричество

Может ли деионизированная вода проводить электричество?

Деионизированная вода — это вода, в которой химики используют метод, называемый ионным обменом, для удаления или обмена растворенных в ней ионов.После удаления этих ионов деионизированная вода становится плохим проводником электричества.

Почему электроны не могут проходить через деионизированную воду, заставляя ее проводить?

В настоящее время природа сделала так, что обнаженные электроны не могут проходить через воду или растворы, а ионы могут. Итак, чтобы вода или какой-либо раствор проводил электричество, в нем должно присутствовать подвижных ионов .

Итак, из нашего предыдущего обсуждения сахаров и солевых растворов вы можете сказать, что некоторые химические вещества растворяются (распадаются) в воде с образованием ионов, а другие растворяются с образованием нейтральных молекул.Когда соль растворяется и производит ионы, мы называем процесс диссоциацией . Таким образом, можно сказать, что хлорид натрия растворяется и диссоциирует, а сахар растворяется без диссоциации.

Что такое электролит?

Электролит — это химическое вещество, которое растворяется в воде и распадается на ионы. Водный раствор электролита обычно проводит электрический ток.

Примеры электролитов включают хлорид натрия (NaCl), уксусную кислоту (CH ₃ COOH), гидроксид натрия (NaOH), серную кислоту (H ₂ SO ₄ ) и соляную кислоту (HCl).

Обычно водорастворимые ионные соединения являются электролитами. Они являются электролитами, потому что ионные соединения состоят из противоположно заряженных ионов, удерживаемых ионной связью. В результате, когда эти ионные соединения растворяются, их ионы обычно получают свободу передвижения в растворе.

Чтобы узнать больше о слабом и сильном электролите, щелкните здесь.

Что такое неэлектролит?

Неэлектролит — это химическое вещество, которое растворяется в воде без образования ионов.Водный раствор неэлектролита обычно не проводит электрический ток.

Примеры неэлектролитов включают сахар (C ₁₂ H ₂₂ O ₁₁ ), этанол (CH ₃ CH ₂ OH) и ацетон (CH ₃ OCH ₃ ). Как правило, водорастворимые молекулярные соединения обычно не являются электролитами. Однако у нас есть исключения. Например, молекулярные соединения с формулой HX, где X может быть: Cl, Br и I, являются полярными ковалентными соединениями, которые растворяются и диссоциируют в воде.

.

Электроэнергия, вырабатываемая водой, солью и трехатомной мембраной

Селективная мембрана из молибдена толщиной 3 атома. Предоставлено: © Стивен Дьюенсинг / Национальный центр приложений суперкомпьютеров, Университет Иллинойса, Урбана-Шампейн.

Сторонники чистой энергии скоро получат новый источник, который они добавят к существующему спектру солнечной, ветровой и гидроэнергетики: осмотическая энергия. Или, более конкретно, энергия, генерируемая естественным явлением, возникающим при контакте пресной воды с морской водой через мембрану.

Исследователи из лаборатории наноразмерной биологии EPFL разработали систему выработки осмотической энергии, которая обеспечивает невиданный ранее урожай. Их инновация заключается в мембране толщиной в три атома, используемой для разделения двух жидкостей. Результаты их исследований опубликованы в Nature .

Концепция довольно проста. Полупроницаемая мембрана разделяет две жидкости с разной концентрацией солей.Ионы соли проходят через мембрану, пока концентрации соли в двух жидкостях не достигнут равновесия. Это явление и есть осмос.

Если система используется с морской водой и пресной водой, ионы соли в морской воде проходят через мембрану в пресную воду, пока обе жидкости не будут иметь одинаковую концентрацию соли. А поскольку ион — это просто атом с электрическим зарядом, движение ионов соли можно использовать для выработки электричества.

Селективная мембрана толщиной 3 атома, которая выполняет свою работу

Система

EPFL состоит из двух заполненных жидкостью отсеков, разделенных тонкой мембраной из дисульфида молибдена.Мембрана имеет крошечное отверстие или нанопору, через которую ионы морской воды проходят в пресную воду до тех пор, пока концентрации солей в двух жидкостях не станут равными. Когда ионы проходят через нанопору, их электроны переносятся на электрод, который используется для генерации электрического тока.

Благодаря своим свойствам мембрана пропускает положительно заряженные ионы, отталкивая при этом большую часть отрицательно заряженных. Это создает напряжение между двумя жидкостями, так как одна создает положительный заряд, а другая — отрицательный.Это напряжение заставляет течь ток, генерируемый переносом ионов.

«Нам нужно было сначала изготовить, а затем исследовать оптимальный размер нанопоры. Если она слишком велика, отрицательные ионы могут проходить сквозь нее, и результирующее напряжение будет слишком низким. Если оно слишком мало, через него может пройти недостаточное количество ионов и ток будет слишком слабым », — сказал Цзяндун Фэн, ведущий автор исследования.

Что отличает систему EPFL, так это ее мембрана.В этих типах систем ток увеличивается с более тонкой мембраной. А толщина мембраны EPFL составляет всего несколько атомов. Материал, из которого он сделан — дисульфид молибдена — идеально подходит для генерации осмотического тока. «Это первый раз, когда двухмерный материал был использован для такого типа приложений», — сказала Александра Раденович, руководитель лаборатории наномасштабной биологии

.

Питание 50 000 энергосберегающих ламп с мембраной площадью 1 м2

Потенциал новой системы огромен.Согласно их расчетам, мембрана площадью 1 м², 30% поверхности которой покрыто нанопорами, должна быть способна производить 1 МВт электроэнергии — чего достаточно для питания 50 000 стандартных энергосберегающих лампочек. А поскольку дисульфид молибдена (MoS2) легко найти в природе или может быть выращен путем химического осаждения из паровой фазы, систему можно было бы расширить для крупномасштабного производства электроэнергии. Основная проблема в увеличении масштабов этого процесса — выяснить, как сделать поры относительно однородными.

До сих пор исследователи работали над мембраной с единственной нанопорой, чтобы точно понять, что происходит.«С инженерной точки зрения, система с одиночными нанопорами идеально подходит для углубления нашего фундаментального понимания мембранных процессов и предоставления полезной информации для коммерциализации на промышленном уровне», — сказал Цзяндун Фэн.

Исследователи смогли запустить нанотранзистор из тока, генерируемого одной нанопорой, и таким образом продемонстрировали наносистему с автономным питанием. Однослойные транзисторы MoS2 с низким энергопотреблением были изготовлены в сотрудничестве с командой Андреаса Киса в EPFL, а моделирование молекулярной динамики было выполнено сотрудниками Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн

.

Использование потенциала лиманов

Исследования EPFL являются частью растущей тенденции.В течение последних нескольких лет ученые всего мира разрабатывали системы, использующие осмотическую силу для создания электричества. В таких местах, как Норвегия, Нидерланды, Япония и США, возникли пилотные проекты по выработке энергии в устьях рек, впадающих в море. На данный момент мембраны, используемые в большинстве систем, являются органическими, хрупкими и обеспечивают низкий выход. Некоторые системы используют движение воды, а не ионов, для питания турбин, которые, в свою очередь, производят электричество.

Когда системы станут более надежными, осмотическая энергия может сыграть важную роль в производстве возобновляемой энергии. В то время как солнечные панели требуют достаточного количества солнечного света, а ветряные турбины — ветряной энергии, осмотическая энергия может производиться практически в любое время дня и ночи — при условии, что поблизости есть устье реки.

Выявление ионного транспорта в наномасштабе

Дополнительная информация:
Цзяньдун Фэн и др., Однослойные нанопоры MoS2 как генераторы наночастиц, Nature (2016).DOI: 10.1038 / nature18593

Предоставлено
Федеральная политехническая школа Лозанны

Ссылка :
Электроэнергия, вырабатываемая с помощью воды, соли и мембраны толщиной в три атома (13 июля 2016 г.)
получено 1 октября 2020
с https: // физ.org / news / 2016-07-электрическая-соль-три-атома-толстая-мембрана.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.