Parilliset elektronit

Jos kiertoradalla on yksi elektroni, sitä kutsutaan pariton, ja jos niitä on kaksi, niin tämä parillisia elektroneja.

Neljä kvanttilukua n, l, m, m s luonnehtii täysin elektronin energiatilaa atomissa.

Kun tarkastellaan eri alkuaineiden monielektroniatomien elektronikuoren rakennetta, on otettava huomioon kolme päämääräystä:

· Paulin periaate,

· Vähiten energian periaate,

Hundin sääntö.

Mukaan Paulin periaate Atomilla ei voi olla kahta elektronia, joilla on samat arvot kaikilla neljällä kvanttiluvulla.

Paulin periaate määrittää elektronien enimmäismäärän yhdellä kiertoradalla, tasolla ja alitasolla. Koska AO:lle on ominaista kolme kvanttilukua n, l, m, silloin tietyn kiertoradan elektronit voivat erota vain spin-kvanttiluvusta neiti. Mutta spin-kvanttiluku neiti voi olla vain kaksi arvoa + 1/2 ja – 1/2. Näin ollen yksi orbitaali voi sisältää enintään kaksi elektronia, joilla on erilaiset spin-kvanttilukujen arvot.

Riisi. 4.6. Yhden orbitaalin maksimikapasiteetti on 2 elektronia.

Elektronien enimmäismäärä energiatasolla määritellään 2:ksi n 2 , ja alitasolla - kuten 2(2 l+ 1). Eri tasoilla ja alatasoilla sijaitsevien elektronien enimmäismäärä on annettu taulukossa. 4.1.

Taulukko 4.1.

Elektronien enimmäismäärä kvanttitasoilla ja alitasoilla

Energiataso	Energian alataso	Magneettisen kvanttiluvun mahdolliset arvot m	Orbitaalien lukumäärä per	Elektronien enimmäismäärä per
alataso	taso	alataso	taso
K (n=1)	s (l=0)
L (n=2)	s (l=0) s (l=1)	–1, 0, 1
M (n=3)	s (l=0) s (l=1) d (l=2)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2
N (n=4)	s (l=0) s (l=1) d (l=2) f (l=3)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2 –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3

Orbitaalien täyttösekvenssi elektroneilla suoritetaan kohdan mukaisesti Vähimmän energian periaate .

Vähimmän energian periaatteen mukaan elektronit täyttävät kiertoradat energian kasvun järjestyksessä.

Orbitaalien täyttöjärjestys määritetään Klechkovskyn sääntö: energian kasvu ja vastaavasti kiertoradan täyttyminen tapahtuu pää- ja kiertoradan kvanttilukujen summan (n + l) summan kasvavassa järjestyksessä ja jos summa on yhtä suuri (n + l) - päämäärän kasvavassa järjestyksessä kvanttiluku n.

Esimerkiksi elektronin energia 4s-alitasolla on pienempi kuin 3-alitasolla d, koska ensimmäisessä tapauksessa määrä n+ l = 4 + 0 = 4 (muista tämä s-kiertoradan kvanttiluvun alitason arvo l= = 0), ja toisessa n+ l = 3 + 2 = 5 ( d- alataso, l= 2). Siksi alataso 4 täytetään ensin s ja sitten 3 d(katso kuva 4.8).

3 alatasolla d (n = 3, l = 2) , 4R (n = 4, l= 1) ja 5 s (n = 5, l= 0) arvojen summa P Ja l ovat identtisiä ja yhtä suuria kuin 5. Jos summat ovat yhtä suuret n Ja l alitaso, jolla on vähimmäisarvo, täytetään ensin n, eli alataso 3 d.

Klechkovsky-säännön mukaisesti atomikiertoradan energia kasvaa sarjassa:

1s < 2s < 2R < 3s < 3R < 4s < 3d < 4R < 5s < 4d < 5s < 6s < 5d »

"4 f < 6s < 7s….

Riippuen siitä, mikä atomin alitaso täytetään viimeksi, kaikki kemialliset alkuaineet jaetaan 4 elektroninen perhe : s-, p-, d-, f-elementit.

4f

4 4d

3 4s

3s

3s

1 2s

Tasot Alatasot

Riisi. 4.8 Atomiratojen energia.

Alkuaineita, joiden atomit täyttävät ulomman tason s-alatason viimeksi kutsutaan s-elementtejä . U s-valenssielementit ovat ulkoisen energiatason s-elektroneja.

U p-elementtejä Ulkokerroksen p-alakerros täytetään viimeisenä. Heidän valenssielektroninsa sijaitsevat s- Ja s-ulkoisen tason alatasot. U d-elementit täytetään viimeisenä d-preulkoisen tason alataso ja valenssi ovat s- ulkoisten elektronien ja d-esiulkoisten energiatasojen elektronit.

U f-elementtejä viimeksi täytettävä f-kolmannen ulkoisen energiatason alataso.

Elektronien sijoitusjärjestys yhden alitason sisällä määritetään Hundin sääntö:

alitason sisällä elektronit sijoitetaan siten, että niiden spinkvanttilukujen summalla on maksimiabsoluuttinen arvo.

Toisin sanoen tietyn alitason orbitaalit täyttyvät ensin yhdellä elektronilla, jolla on sama spin-kvanttiluvun arvo, ja sitten toisella elektronilla, jolla on vastakkainen arvo.

Esimerkiksi, jos on tarpeen jakaa 3 elektronia kolmeen kvanttikennoon, niin jokainen niistä sijoittuu erilliseen soluun, ts. miehittää erillisen kiertoradan:

∑neiti= ½ – ½ + ½ = ½.

Elektronien jakautumisjärjestystä energiatasojen ja alitasojen välillä atomin kuoressa kutsutaan sen elektroniseksi konfiguraatioksi tai elektronikaavaksi. säveltäminen elektroninen konfigurointi määrä energiataso (pääkvanttinumero) on merkitty numeroilla 1, 2, 3, 4..., alataso (kiertoratakvanttinumero) - kirjaimilla s, s, d, f. Elektronien lukumäärä alitasolla ilmaistaan ​​numerolla, joka on kirjoitettu alitason symbolin yläosaan.

Atomin elektroninen konfiguraatio voidaan kuvata ns elektronigraafinen kaava. Tämä on kaavio elektronien järjestelystä kvanttikennoissa, jotka ovat graafinen esitys atomikiertoradalta. Jokainen kvanttikenno voi sisältää enintään kaksi elektronia, joilla on eri spin-kvanttiluku.

Jos haluat luoda elektronisen tai elektronisen graafisen kaavan mille tahansa elementille, sinun pitäisi tietää:

1. Elementin sarjanumero, ts. sen ytimen varaus ja vastaava määrä elektroneja atomissa.

2. Jakson numero, joka määrittää atomin energiatasojen lukumäärän.

3. Kvanttiluvut ja niiden välinen yhteys.

Esimerkiksi vetyatomilla, jonka atominumero on 1, on 1 elektroni. Vety on ensimmäisen jakson alkuaine, joten ainoa elektroni miehittää ensimmäisellä energiatasolla sijaitsevan elektronin s- kiertoradalla on alhaisin energia. Vetyatomin elektroninen kaava on:

1 N 1 s 1 .

Vedyn elektroninen graafinen kaava näyttää tältä:

Heliumatomin elektroniset ja elektronigraafiset kaavat:

2 Ei 1 s 2

2 Ei 1 s

heijastavat elektronisen kuoren täydellisyyttä, mikä määrittää sen vakauden. Helium on jalokaasu, jolle on ominaista korkea kemiallinen stabiilius (inertisyys).

Litiumatomissa 3 Li on 3 elektronia, se on periodin II alkuaine, mikä tarkoittaa, että elektronit sijaitsevat 2 energiatasolla. Kaksi elektronia täyttyy s- ensimmäisen energiatason alitaso ja 3. elektroni sijaitsee s- toisen energiatason alataso:

3 Li 1 s 2 2s 1

Valence I

Litiumatomissa on elektroni, joka sijaitsee kohdassa 2 s-alitaso, on vähemmän tiukasti sidottu ytimeen kuin ensimmäisen energiatason elektronit, joten kemiallisissa reaktioissa litiumatomi voi helposti luopua tästä elektronista muuttuen Li + -ioniksi ( ja hän -sähköisesti varautunut hiukkanen ). Tässä tapauksessa litiumioni saa vakaan täydellisen jalokaasuheliumin kuoren:

3 Li + 1 s 2 .

On huomattava, että parittomia (yksittäisiä) elektroneja määrää elementin valenssi , eli sen kyky muodostaa kemiallisia sidoksia muiden alkuaineiden kanssa.

Siten litiumatomilla on yksi pariton elektroni, joka määrittää sen valenssin yhtä suureksi.

Berylliumatomin elektroninen kaava:

4 Ole 1s 2 2s 2.

Berylliumatomin elektronigraafinen kaava:

2 Valenssi pääasiassa

Tila on 0

Berylliumilla on alitason 2 elektroneja, jotka irtoavat helpommin kuin muut. s 2, muodostaen Be +2 -ionin:

Voidaan huomata, että heliumatomilla ja litium 3 Li +:n ja beryllium 4 Be +2:n ioneilla on sama elektronirakenne, ts. ovat ominaisia isoelektroninen rakenne.

Atomin rakenne määrää sen säteen, ionisaatioenergian, elektroniaffiniteetin, elektronegatiivisuuden ja muut atomin parametrit. Atomien elektroniset kuoret määräävät atomien ja molekyylien optiset, sähköiset, magneettiset ja ennen kaikkea kemialliset ominaisuudet sekä useimmat kiinteiden aineiden ominaisuudet.

Atomin magneettiset ominaisuudet

Elektronilla on omansa magneettinen momentti, joka kvantisoidaan käytetyn magneettikentän suuntaisesti tai vastakkaiseen suuntaan. Jos kahdella samalla kiertoradalla olevalla elektronilla on vastakkaiset spinit (Pauli-periaatteen mukaisesti), ne kumoavat toisensa. Tässä tapauksessa sanomme, että elektronit pariksi. Atomit, joissa on vain elektronipareja, työnnetään ulos magneettikentästä. Tällaisia ​​atomeja kutsutaan diamagneettinen. Atomit, joissa on yksi tai useampi pariton elektroni, vedetään magneettikenttään. Niitä kutsutaan diamagneettisiksi.

Atomin magneettinen momentti, joka kuvaa atomin vuorovaikutuksen voimakkuutta magneettikentän kanssa, on käytännössä verrannollinen parittomien elektronien lukumäärään.

Eri alkuaineiden atomien elektronisen rakenteen ominaisuudet heijastuvat sellaisiin energiaominaisuuksiin kuin ionisaatioenergia ja elektroniaffiniteetti.

Ionisaatioenergia

Atomin ionisaatioenergia (potentiaali). E i on vähimmäisenergia, joka tarvitaan elektronin poistamiseen atomista äärettömään yhtälön mukaan

X = X + + e −

Sen arvot tunnetaan kaikkien jaksollisen järjestelmän elementtien atomeista. Esimerkiksi vetyatomin ionisaatioenergia vastaa elektronin siirtymää arvosta 1 s-energian alataso (−1312,1 kJ/mol) nollaenergian alatasolle ja on +1312,1 kJ/mol.

Ensimmäisen ionisaatiopotentiaalin muutoksessa, joka vastaa yhden atomielektronin poistamista, jaksollisuus ilmaistaan ​​selvästi atomiluvun kasvaessa:

Kun siirrytään vasemmalta oikealle jakson poikki, ionisaatioenergia yleisesti ottaen vähitellen kasvaa; atomiluvun kasvaessa ryhmän sisällä se pienenee. Alkalimetalleilla on pienin ensimmäinen ionisaatiopotentiaali ja jalokaasuilla suurin.

Saman atomin toinen, kolmas ja sitä seuraavat ionisaatioenergiat kasvavat aina, koska positiivisesti varautuneesta ionista on poistettava elektroni. Esimerkiksi litiumatomin ensimmäinen, toinen ja kolmas ionisaatioenergiat ovat 520,3, 7298,1 ja 11814,9 kJ/mol, vastaavasti.

Elektroniabstraktiosekvenssi on yleensä käänteinen sekvenssi, jossa kiertoradat täyttyvät elektroneilla minimienergian periaatteen mukaisesti. Kuitenkin elementit, jotka ovat asuttuja d-orbitaalit ovat poikkeuksia - ensinnäkin ne eivät häviä d-, A s-elektroneja.

Elektronien affiniteetti

Atomien elektronien affiniteetti A e on atomien kyky kiinnittää ylimääräinen elektroni ja muuttua negatiiviseksi ioniksi. Elektroniaffiniteetin mitta on vapautunut tai absorboitunut energia. Elektroniaffiniteetti on yhtä suuri kuin negatiivisen ionin X ionisaatioenergia:

X − = X + e −

Halogeeniatomeilla on suurin elektroniaffiniteetti. Esimerkiksi fluoriatomille elektronin lisäämiseen liittyy 327,9 kJ/mol energian vapautuminen. Useille elementeille elektroniaffiniteetti on lähellä nollaa tai negatiivinen, mikä tarkoittaa stabiilin anionin puuttumista tälle elementille.

Tyypillisesti eri alkuaineiden atomien elektroniaffiniteetti pienenee samanaikaisesti niiden ionisaatioenergian lisääntymisen kanssa. Joillekin elementtipareille on kuitenkin poikkeuksia:

Elementti	Ei, kJ/mol	A e, kJ/mol
F	1681	−238
Cl	1251	−349
N	1402	7
P	1012	−71
O	1314	−141
S	1000	−200

Tälle voidaan antaa selitys ensimmäisten atomien pienempien koon ja niissä olevan suuremman elektroni-elektronipoiston perusteella.

Elektronegatiivisuus

Elektronegatiivisuus luonnehtii kemiallisen alkuaineen atomin kykyä siirtää elektronipilveä omaan suuntaansa muodostaessaan kemiallista sidosta (koh- ti elementtiä, jolla on korkeampi elektronegatiivisuus). Amerikkalainen fyysikko Mulliken ehdotti elektronegatiivisuuden määrittelemistä ionisaatiopotentiaalin ja elektroniaffiniteetin väliseksi aritmeettiseksi keskiarvoksi:

χ = 1/2 ( Ei + A e)

Tämän menetelmän vaikeus on se, että elektronien affiniteetteja ei tunneta kaikille elementeille.

Radioaktiivisuuden löytö vahvisti paitsi atomien, myös niiden ytimien rakenteen monimutkaisuuden. Vuonna 1903 E. Rutherford ja F. Soddy ehdottivat radioaktiivisen hajoamisen teoriaa, joka muutti radikaalisti vanhat näkemykset atomien rakenteesta. Tämän teorian mukaan radioaktiiviset alkuaineet hajoavat spontaanisti vapauttaen α- tai β-hiukkasia ja muodostaen atomeja uusista alkuaineista, jotka ovat kemiallisesti erilaisia ​​kuin alkuperäiset. Samalla sekä alkuperäisten että hajoamisprosessin seurauksena muodostuneiden atomien massan stabiilius säilyy. E. Rutherford vuonna 1919 oli ensimmäinen, joka tutki ytimien keinotekoista muuntamista. Typpiatomien pommituksen aikana α-hiukkasilla hän eristi vetyatomien (protonien) ytimet ja happinuklidin atomit. Tällaisia ​​muutoksia kutsutaan ydinreaktioksi, koska yhden alkuaineen atomien ytimistä saadaan muiden alkuaineiden atomien ytimet. Ydinreaktiot kirjoitetaan yhtälöiden avulla. Siten edellä käsitelty ydinreaktio voidaan kirjoittaa seuraavasti:

Radioaktiivisuusilmiö voidaan määritellä käyttämällä isotooppien käsitettä: radioaktiivisuus on yhden kemiallisen alkuaineen atomien epävakaiden ytimien muuttumista toisen alkuaineen atomien ytimiksi, johon liittyy alkuainehiukkasten vapautumista. Luonnossa esiintyvien alkuaineiden isotooppien osoittamaa radioaktiivisuutta kutsutaan luonnolliseksi radioaktiiviseksi. Radioaktiivisten muutosten nopeus on erilainen eri isotoopeilla. Sille on tunnusomaista radioaktiivinen hajoamisvakio, joka osoittaa kuinka monta radioaktiivisen nuklidin atomia hajoaa 1 sekunnissa. On todettu, että radioaktiivisen nuklidin atomien määrä, joka hajoaa aikayksikköä kohti, on verrannollinen tämän nuklidin atomien kokonaismäärään ja riippuu radioaktiivisen hajoamisvakion arvosta. Esimerkiksi, jos tietyn ajanjakson aikana puolet radioaktiivisen nuklidin atomien kokonaismäärästä hajosi, niin seuraavassa tällaisessa jaksossa puolet jäljellä olevasta osasta hajoaa, eli puolet edellisestä jaksosta jne.

Radioaktiivisen nuklidin elinkaarelle on ominaista sen puoliintumisaika, eli ajanjakso, jonka aikana puolet tämän nuklidin alkuperäisestä määrästä hajoaa. Esimerkiksi radonin puoliintumisaika on 3,85 päivää, radiumin - 1620 vuotta, uraanin - 4,5 miljardia vuotta. Tämäntyyppiset radioaktiiviset muunnokset tunnetaan: α-hajoaminen, β-hajoaminen, spontaani (tahaton) ydinfissio. Tämän tyyppisiin radioaktiivisiin muutoksiin liittyy α-hiukkasten, elektronien, positronien ja y-säteiden vapautumista. α-hajoamisprosessissa radioaktiivisen alkuaineen atomin ydin vapauttaa heliumatomin ytimen, minkä seurauksena alkuperäisen radioaktiivisen alkuaineen atomin ytimen varaus pienenee kahdella yksiköllä ja massaluku neljällä. Esimerkiksi Radium-atomin muuttuminen radonatomiksi voidaan kirjoittaa yhtälöllä

Yhtälöllä voidaan kirjoittaa myös β-hajoamisen ydinreaktio, johon liittyy elektronien, positronien vapautumista tai kiertoradan elektronien mukanaantumista.

jossa e on elektroni; hν - y-säteilyn kvantti; ν o - antineutrino (alkuainehiukkanen, jonka lepomassa ja varaus ovat nolla).

β-hajoamisen mahdollisuus johtuu siitä, että nykyaikaisten käsitteiden mukaan neutroni voi tietyissä olosuhteissa muuttua protoniksi vapauttaen elektronin ja antineutrinon. Protoni ja neutroni ovat saman ydinhiukkasen - nukleonin - kaksi tilaa. Tämä prosessi voidaan esittää kaaviolla

Neutron -> Protoni + Elektroni + Antineutrino

Radioaktiivisen alkuaineen atomien β-hajoamisen aikana yksi atomin ytimeen kuuluvista neutroneista vapauttaa elektronin ja antineutrinon muuttuen protoniksi. Tässä tapauksessa ytimen positiivinen varaus kasvaa yhdellä. Tämän tyyppistä radioaktiivista hajoamista kutsutaan elektronien hajoamiseksi (β - hajoaminen). Joten jos radioaktiivisen alkuaineen atomin ydin vapauttaa yhden α-hiukkasen, tuloksena on uuden alkuaineen atomin ydin, jonka protoniluku on kaksi yksikköä pienempi, ja kun β-hiukkanen vapautuu, ydin saadaan uusi atomi, jonka protoni numero yksi suurempi kuin alkuperäisen. Tämä on Soddy-Fajansin siirtymälain ydin. Joidenkin epävakaiden isotooppien atomiytimet voivat vapauttaa hiukkasia, joiden positiivinen varaus on +1 ja joiden massa on lähellä elektronin massaa. Tätä hiukkasta kutsutaan positroniksi. Joten protonin mahdollinen muuntaminen neutroniksi on kaavion mukaan:

Protoni → Neutron + Positron + Neutrino

Protonin muuttuminen neutroniksi havaitaan vain siinä tapauksessa, että ytimen epävakaus johtuu siinä olevan protonien ylimäärästä. Sitten yksi protoneista muuttuu neutroniksi, ja tässä tapauksessa syntyvät positroni ja neutrino lentävät ulos ytimen rajojen yli; ydinvaraus pienenee yhdellä. Tämän tyyppistä radioaktiivista hajoamista kutsutaan positronihajoamiseksi (β+-hajoaminen). Joten radioaktiivisen alkuaineen atomin ytimen β-hajoamisesta saadaan alkuaineen atomi, joka siirtyy yhden paikan oikealle (β-hajoaminen) tai vasemmalle (β+-hajoaminen) alkuperäinen radioaktiivinen alkuaine. Radioaktiivisen atomin ydinvarauksen pieneneminen yhdellä voi johtua paitsi β+ -hajoamisesta, myös elektronien vastusta, jonka seurauksena yksi ydintä lähimpänä olevan elektronipallon elektroneista vangitaan ytimeen. . Tämä elektroni yhdessä ytimen protoneista muodostaa neutronin: e - + p → n

Teoria atomin ytimen rakenteesta kehitettiin 1900-luvun 30-luvulla. Ukrainalaiset tutkijat D.D. Ivanenko ja E.M. Gapon sekä saksalainen tiedemies W. Heisenberg. Tämän teorian mukaan atomiytimet koostuvat positiivisesti varautuneista protoneista ja sähköisesti neutraaleista neutroneista. Näiden alkuainehiukkasten suhteelliset massat ovat lähes samat (protonimassa 1,00728, neutronin massa 1,00866). Protonit ja neutronit (nukleonit) ovat ytimessä erittäin voimakkaiden ydinvoimien vaikutuksesta. Ydinvoimat vaikuttavat vain hyvin pienillä etäisyyksillä - luokkaa 10-15 m.

Energiaa, joka vapautuu ytimen muodostuessa protoneista ja neutroneista, kutsutaan ytimen sitoutumisenergiaksi ja se kuvaa sen stabiilisuutta.



ja hienojakoisia suspendoituneita hiukkasia (PM)

Hallitut ilman ionisaatioprosessit vähentävät merkittävästi mikrobien määrää, neutraloivat hajuja ja vähentävät joidenkin haihtuvien orgaanisten yhdisteiden (VOC) pitoisuutta sisäilmassa. Pienten suspendoituneiden kiintoaineiden (pölyn) poistamisen tehokkuutta korkeatehoisilla suodattimilla parannetaan myös käyttämällä ilmaionisaatiota. Ionisaatioprosessissa muodostuu ilma-ioneja, mukaan lukien superoksidi O2.- (hapen kaksiatominen radikaali-ioni), joka reagoi nopeasti ilmassa olevien VOC-yhdisteiden ja suspendoituneiden hiukkasten (PM) kanssa. Ilmaionisaatiokemian merkitystä ja sen mahdollisuuksia merkittävästi parantaa sisäilman laatua tarkastellaan erityisten kokeellisten esimerkkien avulla. .

Kemiallisesti aktiivisiin ioneihin, radikaaleihin ja molekyyleihin liittyviä ionisaatioilmiöitä esiintyy meteorologian, klimatologian, kemian, fysiikan, tekniikan, fysiologian ja työhygienian eri aloilla. Keinotekoisen ilman ionisaation viimeaikainen kehitys sekä kasvava kiinnostus VOC-yhdisteiden ja hiukkasten poistamiseen ilmasta ovat johtaneet edistyneiden tekniikoiden kehittämiseen sisäilman laadun parantamiseksi. Tämä artikkeli tarjoaa ymmärrystä ilma-ionien fysikaalisista ja kemiallisista ominaisuuksista ja kuvaa ionisaation käyttöä ilman puhdistamiseen sekä VOC-yhdisteiden ja hiukkasten poistamista siitä.

ILMAN IONIEN FYSIKAALISET OMINAISUUDET.

Suurin osa maailmankaikkeuden aineesta on ionisoitunutta. Avaruuden syvässä tyhjiössä atomit ja molekyylit ovat virittyneessä energiatilassa ja niillä on sähkövaraus. Maapallolla ja maan ilmakehässä suurin osa aineesta ei ole ionisoitunut. Ionisointiin ja varauksen erottamiseen tarvitaan riittävän tehokas energialähde. Se voi olla joko luonnollista tai keinotekoista (antropogeenistä) alkuperää, ja se voi vapautua ydin-, lämpö-, sähkö- tai kemiallisten prosessien seurauksena. Joitakin energialähteitä ovat: kosminen säteily, ionisoiva (ydin) säteily maanpäällisistä lähteistä, ultraviolettisäteily, tuulen kitkasta johtuva varaus, vesipisaroiden hajoaminen (vesiputoukset, sade), sähköpurkaus (salama), palaminen (tulipalot, palavat kaasusuihkut, moottorit) ja voimakkaat sähkökentät (koronapurkaus).

Ihmisen vaikutus ionien määrään ympäristössä:

● Palamisprosessin aikana muodostuu samanaikaisesti sekä ioneja että suspendoituneita hiukkasia. Jälkimmäiset yleensä imevät ioneja esimerkiksi tupakoinnin tai kynttilöiden polton aikana.

● Sisätilat, synteettiset kalusteet ja keinotekoinen ilmanvaihto voivat vähentää varautuneiden hiukkasten määrää ilmassa.

● Voimalinjat tuottavat ionivirtoja; videonäytöt johtavat niiden määrän vähenemiseen.

● Erikoislaitteet tuottavat ioneja puhdistamaan ilmaa tai neutraloimaan sen varauksen.

Erityisesti keinotekoiseen ilman ionisaatioon suunnitellut laitteet ovat paremmin hallittavissa kuin luonnolliset prosessit. Viimeaikainen kehitys suurissa ionigeneraattoreissa on johtanut energiatehokkaiden moduulien kaupalliseen saatavuuteen, jotka pystyvät tuottamaan haluttuja ioneja kontrolloidulla tavalla minimaalisilla sivutuotteilla, kuten otsonilla. Ionigeneraattorit ovat löytäneet sovelluksen staattisen pintavarauksen hallinnassa. Ilma-ionisaattoreita (ionigeneraattoreita) käytetään yhä enemmän sisäilman puhdistamiseen.

Ionisaatio on prosessi tai tulos prosessista, jossa sähköisesti neutraali atomi tai molekyyli saa positiivisen tai negatiivisen varauksen. Kun atomi absorboi ylimääräistä energiaa, tapahtuu ionisaatiota, mikä johtaa vapaaseen elektroniin ja positiivisesti varautuneeseen atomiin. Termi "ilma-ionit" viittaa laajasti kaikkiin ilman hiukkasiin, joissa on sähkövaraus ja joiden liike on riippuvainen sähkökentistä.

Ilma-ionien kemialliset muutokset, sekä luonnolliset että keinotekoisesti syntyneet, riippuvat ympäristön koostumuksesta, erityisesti kaasun epäpuhtauksien tyypistä ja pitoisuudesta. Spesifisten reaktioiden esiintyminen riippuu yksittäisten atomien ja molekyylien fysikaalisista ominaisuuksista, kuten ionisaatiopotentiaalista, elektroniaffiniteetista, protoniaffiniteetista, dipolimomentista, polarisoituvuudesta ja reaktiivisuudesta. Tärkeimmät positiiviset ionit N 2 +, O 2 +, N + ja O + muuttuvat erittäin nopeasti (sekunnin miljoonasosissa) protonoituneiksi hydraatteiksi, kun taas vapaat elektronit kiinnittyvät happeen muodostaen superoksidiradikaali-ionin 3 O 2 .-, joka voi myös muodostaa hydraatteja. Näitä välituotteita (välihiukkasia) kutsutaan yhteisesti "klusteri-ioneiksi".

Klusteri-ionit voivat sitten reagoida haihtuvien epäpuhtauksien tai suspendoituneiden hiukkasten kanssa. Lyhyen käyttöikänsä (noin minuutin) aikana klusteri-ioni voi törmätä perustilassa olevien ilmamolekyylien kanssa jopa 1 000 000 000 000 kertaa (10 12). Kemiallisten spektrien erottamiseen ja tunnistamiseen käytetään kemiallisia, ydin-, foto- ja sähköionisaatioprosesseja. Molekyylien dissosioituminen ja reaktiot kaasufaasissa ja kiinteiden hiukkasten pinnalla monimutkaistavat merkittävästi yleisiä reaktiokaavioita todellisissa väliaineissa. Ionien ominaisuudet muuttuvat jatkuvasti jatkuvien kemiallisten reaktioiden, molekyylien uudelleenjärjestelyjen, molekyyli-ioniklustereiden ja varautuneiden hiukkasten muodostumisen vuoksi. Protonoidut hydraatit voivat olla halkaisijaltaan jopa 1 nm (0,001 µm) ja niiden liikkuvuus on 1-2 cm 2 /V s. Ioniklusterien koot ovat noin 0,01-0,1 nm ja niiden liikkuvuus 0,3-1·10 -6 m 2 /V s. Jälkimmäiset hiukkaset ovat kooltaan suurempia, mutta ne ovat suuruusluokkaa vähemmän liikkuvia. Vertailun vuoksi sumupisaroiden tai pölyhiukkasten keskikoko on jopa 20 mikronia.

Ionien ja elektronien yhdistetty läsnäolo johtaa avaruusvarauksen ilmaantumiseen, toisin sanoen vapaan kompensoimattoman varauksen olemassaoloon ilmakehässä. Sekä positiivisen että negatiivisen varauksen avaruudellinen tiheys voidaan mitata. Kirkkaalla säällä merenpinnan tasolla molempien polariteettien ionien pitoisuus on noin 200-3000 ionia/cm 3 . Niiden määrä kasvaa merkittävästi sateen ja ukkosmyrskyjen aikana luonnollisen aktivoitumisen vuoksi: negatiivisten ionien pitoisuus nousee 14 000 ioniin/cm 3 ja positiivisten ionien pitoisuus 7 000 ioniin/cm 3 . Positiivisten ja negatiivisten ionien suhde on tyypillisesti 1,1-1,3 ja laskee 0,9:ään tietyissä sääolosuhteissa. Yhden savukkeen polttaminen vähentää ionien määrää huoneilmassa 10-100 ioniin/cm 3 .

Ioneilla ja ioniklusterilla on monia mahdollisuuksia törmäyksiin ja reaktioihin minkä tahansa ilman epäpuhtauksien kanssa, eli olennaisesti kaikkien ilmakehän komponenttien kanssa. Ne häviävät ilmakehästä reaktioiden seurauksena muiden haihtuvien komponenttien kanssa tai kiinnittyessään suurempiin hiukkasiin diffuusiovarauksen ja kenttävarauksen kautta. Mitä korkeampi niiden pitoisuus, sitä lyhyempi ionien elinikä (ja päinvastoin, käyttöikä on pidempi pienemmillä pitoisuuksilla, koska törmäyksen mahdollisuus on pienempi). Ilma-ionien elinikä riippuu suoraan kosteudesta, lämpötilasta ja haihtuvien aineiden jäämien ja suspendoituneiden hiukkasten suhteellisesta pitoisuudesta. Luonnossa esiintyvien ionien tyypillinen elinikä puhtaassa ilmassa on 100-1000 s.

ILMA-IONIEN KEMIAN

Happea tarvitaan kaikille elämänmuodoille. Elämälle välttämättömän hapen muodostumisen ja sen myrkyllisiltä vaikutuksilta suojautumisen välillä on kuitenkin dynaaminen tasapaino. Molekyylihapella [O 2 ] n tunnetaan 4 hapetustilaa, joissa n = 0, +1, -1, -2, vastaavasti happimolekyylille, kationille, superoksidi-ionille ja peroksidianionille (kirjoitettuna 3 O 2, 302.+, 302.- ja 302-2). Lisäksi "tavallinen" happi ilmassa 3 O 2 on "maa" (energeettisesti virittymättömässä) tilassa. Se on vapaa "biradikaali", jossa on kaksi paritonta elektronia. Hapessa ulkokerroksen kahdella elektroniparilla on rinnakkaiset spinit, mikä osoittaa triplettitilan (yläindeksi 3, mutta tämä jätetään yleensä pois yksinkertaisuuden vuoksi). Happi itse on yleensä viimeinen elektronien vastaanottaja biokemiallisissa prosesseissa. Se ei ole liian kemiallisesti aktiivinen eikä itse tuhoa biosysteemejä hapettumalla. Se on kuitenkin esiaste muille hapen muodoille, jotka voivat olla myrkyllisiä, kuten superoksidiradikaali-ioni, hydroksyyliradikaali, peroksidiradikaali, alkoksiradikaali ja vetyperoksidi. Muita kemiallisesti aktiivisia molekyylejä ovat singlettihappi 1 O 2 ja otsoni O 3 .

Normaalitilassaan happi reagoi huonosti useimpien molekyylien kanssa, mutta se voidaan "aktivoida" antamalla sille lisäenergiaa (luonnollista tai keinotekoista, sähköistä, lämpöä, valokemiallista tai ydinenergiaa) ja muuttamalla se reaktiivisiksi happilajeiksi (ROS). Hapen muuntamista reaktiiviseen tilaan lisäämällä yksi elektroni kutsutaan pelkistykseksi (yhtälö 1). Elektronin luovuttava luovuttajamolekyyli hapettuu. Tämän kolmoishapen osittaisen pelkistyksen tulos on superoksidi O 2 ·-. Se on sekä radikaali (merkitty pisteellä) että ioni (varaus -1).

O 2 + e - → O 2 .- (1)

Superoksidiradikaali-ioni on tärkein ihmiskehossa syntyvä radikaali: 70 kg painava aikuinen syntetisoi sitä vähintään 10 kg (!) vuodessa. Noin 98 % mitokondrioiden hengityksen kuluttamasta hapesta muuttuu vedeksi ja loput 2 % superoksidiksi, joka muodostuu hengityselinten haitallisten reaktioiden seurauksena. Ihmissolut tuottavat jatkuvasti superoksidia (ja siitä muodostuvia kemiallisesti aktiivisia molekyylejä) "antibioottina" vieraita mikro-organismeja vastaan. Ilma-ionien ja happiradikaalien biologiaa ovat tarkastelleet Krueger ja Reed, 1976. Superoksidi toimii myös signalointimolekyylinä säätelemään monia soluprosesseja NO:n ohella. . Biologisissa olosuhteissa se reagoi itsensä kanssa muodostaen vetyperoksidia ja happea reaktiossa 2, joka tunnetaan nimellä dismutaatioreaktio. Se voi olla spontaania tai superoksididismutaasi (SOD) -entsyymin katalysoima.

2 O 2 .- + 2 H + → H 2 O 2 + O 2 (2)

Superoksidi voi olla sekä hapettava aine (elektronin vastaanottaja) että pelkistävä aine (elektronin luovuttaja). Se on erittäin tärkeä aktiivisen hydroksyyliradikaalin (HO) muodostumiselle, jota katalysoivat metalli-ionit ja/tai auringonvalo. Superoksidi reagoi typpioksidiradikaalin (NO.) kanssa, jolloin muodostuu in vivo toinen aktiivinen molekyyli on peroksinitraatti (OONO.). Superoksidi voidaan sitten pelkistää peroksidiksi (O 2 -2) - hapen aktivoitu muoto, joka vesiympäristössä esiintyy vetyperoksidin (H 2 O 2) muodossa ja on terveydelle välttämätön.

Superoksidi on heikon hapon - hydroperoksidiradikaalin HO 2 ·:n hajoamisen tuote. Vesisysteemeissä näiden kahden hiukkasen määrien suhde määräytyy väliaineen happamuuden ja vastaavan tasapainovakion perusteella. Superoksidia voi muodostua myös ilman negatiivisen ionisoinnin seurauksena. Pienten pitoisuuksien muodostuminen kosteassa ilmassa on myös todistettu tutkimuksilla.

Superoksidi-ioniklusterit reagoivat nopeasti ilmassa olevien hiukkasten ja haihtuvien orgaanisten yhdisteiden kanssa. Vaikka vetyperoksidi on hapettava aine, vetyperoksidin ja superoksidin yhdistelmä (yhtälö 3) tuottaa paljon reaktiivisemman lajin, hydroksyyliradikaalin, voimakkaimman tunnetun hapettimen.

202.- + H202 → O2 + OH. +OH - (3)

Kemiallisiin reaktioihin osallistuvien yksittäisten hiukkasten tunnistaminen on ei-triviaali tehtävä. Reaktiokaavion simulaatio voi sisältää kymmeniä homogeenisia ja heterogeenisiä reaktioita edellä mainittujen hiukkasten välillä.

AKTIIVISET HAPELAJIT

Happea, superoksidia, peroksidia ja hydroksyyliä kutsutaan reaktiiviseksi happilajiksi (ROS) ja ne voivat osallistua erilaisiin redox-reaktioihin sekä kaasu- että vesiympäristöissä. Nämä aktiiviset hiukkaset ovat erittäin tärkeitä ilmakehän orgaanisten aineiden, savuhiukkasten ja otsonin (O 3) hajoamisessa. Hydroksyyliradikaali on avaintekijä haihtuvien orgaanisten yhdisteiden hajoamisessa troposfäärissä useiden monimutkaisten kemiallisten reaktioiden kautta, mukaan lukien hapettuminen (elektronien poistaminen orgaanisista yhdisteistä), jotka voivat myöhemmin reagoida muiden orgaanisten molekyylien kanssa ketjureaktiossa.

Reaktiivisia happilajeja on löydetty sekä maan avaruudesta että ulkoavaruudesta. Hapen ja vesihöyryn kemisorptio vaikuttaa SnO 2 -pohjaisiin solid-state-antureihin, joita käytetään yleisesti hivenkaasujen havaitsemiseen. Riittävän korkeassa käyttölämpötilassa ilmasta tuleva happi adsorboituu kiteisille pinnoille, joilla on negatiivinen varaus. Tässä tapauksessa kiteiden elektronit siirtyvät adsorboituun O 2:een muodostaen superoksidiradikaaleja, jotka sitten reagoivat CO:n, hiilivetyjen ja muiden kaasujen tai höyryjen epäpuhtauksien kanssa. Elektronien vapautumisen seurauksena pintavaraus pienenee, mikä aiheuttaa johtavuuden kasvun, joka on kiinteä. Samanlaisia ​​kemiallisia prosesseja löytyy fotokatalyyttisestä hapetuksesta, kiinteäoksidipolttokennoista ja erilaisista ei-termisistä plasmaprosesseista.

Avaruustutkijat ehdottavat, että Marsin maaperän epätavallinen aktiivisuus ja orgaanisten yhdisteiden puute johtuu ultraviolettisäteilystä, joka aiheuttaa metalliatomien ionisoitumista ja reaktiivisten happilajien muodostumista maaperän rakeisiin. Kolmea radikaalia O·-, O 2 ·- ja O 3 ·-, jotka muodostuvat tavallisesti UV-säteilyn vaikutuksesta hapen läsnä ollessa, kutsutaan joskus yhteisesti reaktiivisiksi happilajeiksi (ROS). O 2 · on vähiten aktiivinen, stabiilin ja todennäköisimmin muodostuva happiradikaali normaalilämpötiloissa maan päällä. Sen kemiallisiin ominaisuuksiin kuuluu reaktio veden kanssa hydratoituneiden klusteri-ionien muodostamiseksi. Kaksi toisiinsa liittyvää hiukkasta - hydroksidi ja hydroperoksidi - kykenevät hapettamaan orgaanisia molekyylejä. Superoksidi reagoi veden kanssa (ekv. 4) tuottaen happea, perhydroksyyli- ja hydroksyyliradikaaleja, jotka pystyvät helposti hapettamaan orgaanisia molekyylejä.

2 O 2 .- + H 2 O → O 2 + HO 2 .- + OH .- (4)

Superoksidi voi myös reagoida suoraan otsonin kanssa muodostaen hydroksyyliradikaaleja (yhtälö 5).

202.- + O3 + H20 → 202 + OH - + OH. (5)

Voimme olettaa seuraavan yhteenvetokaavion (yhtälö 6), joka sisältää useita edellä kuvattuja reaktioita. Siinä ilman ionisaation aikana muodostunut superoksidi aiheuttaa haihtuvien orgaanisten yhdisteiden hapettumisen, jotka liittyvät ilmaan suspendoituneisiin hiukkasiin metallisulkeutumien kanssa:

C x H y + (x+y/4) O 2 → x CO 2 + (y/2) H 2 O (6)

Tämä on yksinkertaistettu esitys. Jokaiselle reaktiiviselle happilajille (ROS) on olemassa useita oletettuja tai vahvistettuja reaktiokaavioita niiden keskinäiselle muuntamiselle.

Yksittäisten VOC-yhdisteiden muuttuminen, eli alkuperäisten hiukkasten katoaminen ja sivutuotteiden muodostuminen hiilidioksidin ja veden sijasta, sekä ennen että sen jälkeen ilman ionisaatiota, on oletettu ja mallinnettu tieteellisissä töissä. On hyvin tunnettu tosiasia, että ei-termiset kaasufaasiplasmat, jotka syntyvät elektronisesti huoneenlämmössä ja ilmanpaineessa, voivat tuhota alhaisia ​​VOC-pitoisuuksia (10-100 cm 3 /m 3 -pitoisuus) pulssikoronareaktorissa. . Tuhoamis- tai eliminaatiotehokkuus (EDE) arvioitiin karkeasti kemiallisen ionisaatiopotentiaalin perusteella. Ionisointia ja muita koronapurkausprosesseja on käytetty erityisesti suhteellisen alhaisia ​​VOC-yhdisteitä sisältävän ilman käsittelyyn (100-0,01 cm 3 /m 3). Useat yksityiset ja valtiontutkijat ovat raportoineet kemiallisista yhdisteistä, jotka ovat prosessoitavia (taulukko 1), eli nämä aineet voivat muuttua kemiallisesti tai tuhoutua ilman ionisaatiolla ja siihen liittyvillä prosesseilla.

Taulukko 1. Kemialliset yhdisteet, jotka voidaan poistaa ilmasta ionisoimalla (*).

	Nimi			Nimi
	Hiilimonoksidi			Naftaleeni
	Typpioksidit
				Formaldehydi
				Asetaldehydi
				Metyylialkoholi
				Metyylietyyliketoni
				Metyleenikloridi
	Sykloheksaani			1,1,1-trikloorietaani
				1,1,2-trikloorietaani
				Hiilitetrakloridi
	Ksyleeni (o-, m-, p-)			Tetrakloorietyleeni
	1,2,4-trimetyylibentseeni			Heksafluorietaani
	Etyylibentseeni

*Tehokkuus riippuu alkupitoisuuksista, suhteellisesta kosteudesta ja happipitoisuudesta.

Kun ilmaa ionisoidaan, tapahtuu samanlaisia ​​prosesseja, mukaan lukien orgaanisten yhdisteiden hapettuminen bipolaaristen ionien ja vapaiden radikaalien vaikutuksesta välituotteiksi ja lopuksi hiilidioksidiksi ja vedeksi. Neljä reaktioprosessia, joissa käytetään ilmaioneja, ovat mahdollisia: (i) rekombinaatio muiden ionien kanssa, (ii) reaktio kaasumolekyylien kanssa, (iii) kiinnittyminen suurempiin hiukkasiin ja (iv) kosketus pinnan kanssa. Kaksi ensimmäistä prosessia voivat auttaa poistamaan VOC-yhdisteitä; kaksi jälkimmäistä voivat auttaa poistamaan hiukkasia.

ILMA-IONISAATTOREIDEN TOIMINTAPERIAATTEET

Bipolaariset ilmanionisaattorit luovat varautuneita molekyylejä. Saavuttamalla tai luovuttamalla elektronin molekyyli saa negatiivisen tai positiivisen varauksen. Tällä hetkellä käytetään kolmen tyyppisiä ionisaatiojärjestelmiä: fotoni-, ydin- ja elektroniikkajärjestelmiä. Fotoni-ionisaatio käyttää pehmeitä röntgensädelähteitä elektronien lyömiseen kaasumolekyyleistä. Polonium-210:tä käytetään ydinionisaattoreissa, se toimii α-hiukkasten lähteenä, jotka törmätessään kaasumolekyyleihin syrjäyttävät elektroneja. Molekyyleistä, jotka ovat menettäneet elektroneja, tulee positiivisia ioneja. Neutraalit kaasumolekyylit vangitsevat nopeasti elektroneja ja muuttuvat negatiivisiksi ioneiksi. Tämäntyyppiset generaattorit eivät sisällä emitterineuloja, joten kerrostumat eivät ole ongelma. Röntgen- ja ydinlähteet on kuitenkin asennettava huolellisesti ja niitä on valvottava koko ajan turvallisuusriskien välttämiseksi.

Elektroniionisaattorit tai koronapurkausionisaattorit käyttävät emitterin kärkeen tai verkkoon kohdistettua korkeaa jännitettä vahvan sähkökentän luomiseksi. Tämä kenttä on vuorovaikutuksessa lähellä olevien molekyylien elektronien kanssa ja tuottaa ioneja, joilla on sama polariteetti kuin käytetty jännite. Nämä ionisaattorit luokitellaan käytetyn virran tyypin mukaan: pulssivirta, tasavirta ja vaihtovirta. AC-ionisaattorit ovat bipolaarisia; ne tuottavat vuorotellen negatiivisia ja positiivisia ioneja jokaisessa syklissä. Muiden kemikaalien muodostuminen riippuu virran tyypistä, moodista, unipolaaristen ionien pitoisuudesta, positiivisten ja negatiivisten ionien suhteesta ja suhteellisesta kosteudesta. AC-ionisaattorit, ensimmäinen elektronisten ionisaattorien tyyppi, sisältävät luontaisia ​​jännitevaihteluita, ja niiden tuottamat sähkökentät kulkevat positiivisten ja negatiivisten piikien läpi.

Syntyneiden ilma-ionien määrä mitataan varautuneilla levytallenteilla. Tai sähköstaattista kenttämittaria voidaan käyttää staattisen vaimennuksen tallentamiseen lasialustoille. Ionivalvonnan avulla voit luoda tietyn määrän ioneja optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi.

On tärkeää erottaa erityyppiset elektroniset ilmanpuhdistimet. Ilmaionisaattoreita, sähköstaattisia suodattimia ja otsonigeneraattoreita yhdistetään usein, mutta niillä on selkeitä eroja toimintatavoissa.

Ilma-ionisaatiojärjestelmässä on useita osia: anturit ilmanlaadun (VOC:t ja PM) tarkkailemiseksi, elektroninen ionivalvonta ja ionisaatiomoduulit, jotka tuottavat tarvittavan määrän ioneja. Teolliset ilman ionisaatiojärjestelmät ohjaavat automaattisesti ionisaatioprosessia tarjotakseen miellyttävän ilmaston, vähentääkseen mikrobikontaminaatiota ja neutraloimalla hajuja hajottamalla ja/tai poistamalla haihtuvia ja suspendoituneita komponentteja sisäilmasta. Ionisaatioilmankäsittelyjärjestelmät on suunniteltu asennettavaksi suoraan suljettuun tilaan tai keskusilmansyöttöjärjestelmään. Ilma voidaan sitten vapauttaa suoraan sisäilmaan tai palauttaa sen jälkeen, kun se on sekoitettu ulkoilmaan.

Ionisointimoduulien sijoittaminen tiettyyn paikkaan voi perustua VOC- ja PM-lähteisiin ja niiden voimakkuuteen. Ionisointilaitteet voidaan sijoittaa suoraan ilmastointilaitteen keskusyksikköön käsittelemään koko virtausta. Ne voidaan asentaa myös olemassa olevaan kanavaan keskuslämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmastointijärjestelmän jälkeen. On myös mahdollista sijoittaa erilliset ionisaatiolaitteet erillisiin huoneisiin välittömiä tarpeita varten. Ionisointijärjestelmän asianmukainen toiminta sisäilman laadun parantamiseksi edellyttää seitsemän erityistilannetta ja vaatimuksia kuvaavan tekijän optimointia. Teollisuusilma-ionisaattoria käytettäessä ohjataan seuraavia parametreja: haluttu ioniintensiteetin taso, ilmavirran teho ja peitto, kosteus, ilmanlaatu ja otsonin tunnistus.

Kuva 1. Kaavio ilman ionisaatioprosessista.

Virtausanturi mittaa tilavuusilmavirran (cfm). Kosteusanturi mittaa ilmassa olevan vesihöyryn määrän. Ilmanlaadun anturi(t) määrittävät suhteellisen ionisaatiotarpeen. Nämä anturit voivat sijaita joko paluuilmakanavassa tai ulkoisessa ilmanottoaukossa. Toinen ilmanlaatuanturi (valinnainen) voidaan asentaa varmistamaan, että otsonitasot, joita saattaa syntyä pieninä määrinä sivutuotteena, ovat määritettyjen rajojen alapuolella. Toisen tyyppistä anturia (myös valinnainen) voidaan käyttää mittaamaan tiettyjen ilmasta ionisoimalla poistettavien hiukkasfraktioiden (PM) suhteellisia tasoja. Antureiden signaalit tallennetaan PC:llä. Ionisointijärjestelmän vaste näytetään visuaalisesti useiden reaaliaikaisten kaavioiden muodossa ja tallennetaan myös myöhempää käyttöä varten. Kaikki tiedot ovat asiakkaan saatavilla verkon kautta tavallisen selaimen kautta.

Käytännön kokeita ja esinetutkimuksia.

Ionisointiteknologiaa on käytetty eri aloilla pitkään. Sähköstaattisen purkauksen hallinta (varauksen neutralointi ilmaionien avulla) on erittäin tärkeää herkissä prosessitoiminnoissa, kuten puolijohteiden tai nanomateriaalien valmistuksessa. Ionisointia käytetään ilman puhdistamiseen, mikä on erityisen tärkeää nykyään. Haihtuvat orgaaniset yhdisteet (VOC), haju, hapetetaan reaktiivisten happiyhdisteiden vaikutuksesta. Hiukkaset, kuten tupakansavu, siitepöly ja pöly, kerääntyvät yhteen joutuessaan alttiiksi ilmanioneille. Ilmassa leviävät bakteerit ja homeet neutraloidaan. Muita etuja ovat energiansäästö, koska ilmastointiin käytetään vähemmän ulkoilmaa, sekä yleinen sisämukavuuden lisääntyminen. Koti- ja toimistotilojen ilmanlaadun parantamiseksi on asennettu ionisaatiojärjestelmiä. Niitä on myös asennettu valvomaan haihtuvia yhdisteitä ja suspendoituneita hiukkasia laitoksissa, liike- ja teollisuustiloissa. Lyhyt luettelo todellisilla esineillä suoritetuista kokeista havainnollistaa mahdollisia sovelluksia (taulukko II).

Taulukko II. Ilma-ionisaatiokokeiden kohteet

Esine	Sijainti	Sovellus
Insinöörikeskus	Iso kaupunki	Erityisten VOC-yhdisteiden poistaminen
Maksukeskus	kansainvälinen lentokenttä	Lentokoneen pakokaasujen poisto
Vintage hotelli	Kaupungin keskusta	Säästä energiaa, paranna ilmanlaatua
Moderni hotelli	kansainvälinen lentokenttä	Lentokoneen pakokaasujen poisto
Ostoskeskus	Pääkaupungin keskusta	VOC-hallinta, energiansäästö
Eduskuntatalot		Hajujen, VOC-yhdisteiden, bakteerien neutralointi
Ravintolakompleksi	keskusaukio	Keittiön hajujen neutralointi
Erillinen ravintola	Kaupungin keskusta	Keittiön hajujen ja tupakansavun neutralointi
Lihanjalostuslaitos	Iso kaupunki	Mikrobien neutralointi ilmassa, jätteiden haju
Lihan/tuotteiden säilytys	Supermarket	Keittiön hajujen ja bakteerien neutralointi
Anatominen laboratorio	Lääketieteellinen koulu	Formaldehydin poisto
Patologian laboratorio	Sairaala	Maailmanmunien poistaminen
Jalkapallostadioni	Iso kaupunki	Hajujen neutralointi
Huonekalutehdas	Teollisuusalue	Tupakansavun poisto
Kirjapaino	pikkukaupunki	Puhdistusainehöyryjen poistaminen
Salonki	Iso kaupunki	VOC-yhdisteiden (kynsilakan hajun) poistaminen
Eläinten käsittelypaikka	Tutkimuslaboratorio	Poistaa hajuja ja bakteereita ilmasta

Ilma-ionisaatiojärjestelmä asennettiin suureen insinöörikeskukseen (Siemens AG, Berliini), jossa oli useita satoja työntekijöitä monikerroksiseen taloon. Yhdeksään eri aineluokkaan kuuluvan 59 tietyn VOC:n pitoisuuksien laskut mitattiin (taulukko III). VOC-pitoisuus määritettiin kaasukromatografia-massaspektroskopialla (GC/MS) koejakson aikana sorbenttiputkiin kerätyistä näytteistä ionisaation kanssa ja ilman. Vaikka VOC 31 ja 59 olivat jo alle havaittavissa olevan rajan, niiden määrät eivät nousseet sen yläpuolelle. VOC-yhdisteiden kokonaismäärä väheni 50 %. Nämä ovat erinomaisia ​​tuloksia, kun otetaan huomioon lähtötaso 112 µg/m 3 ja tavoitetaso 300 µg/m 3 . Aineiden 20 ja 59 pitoisuudet laskivat, muiden aineiden pitoisuudet eivät nousseet. Uusia VOC-yhdisteitä ei havaittu epätäydellisen ionisaation tuotteina.

Lisäksi kokeen aikana mitattiin jatkuvasti huoneen otsonitasoa sekä ionisaatiolla että ilman. Keskimääräinen taso koekuukauden aikana oli 0,7 ppbv ilman ionisaatiota ja maksimiarvo 5,8 ppbv. Tämä on verrattavissa lakisääteiseen 100 ppbv:n rajaan. Keskimääräinen taso ionisaation aikana oli 6,6 ppbv, maksimiarvo 14,4 ppbv. Ulkona otsonitasoja ei mitattu suoraan, mutta mahdolliseksi vaihteluväliksi laskettiin 10-20 ppbv.

Taulukko III. Toimipaikka A: Engineering Center (a).

Komponentti (#)	Ilman ionisaatiota, μg/m 3	Ionisaatiolla μg/m 3
Aromaattiset yhdisteet (20)
Alkaanit (13)		4-1 tai vähemmän
Isoalkaanit (9)	4-1 tai vähemmän
Sykloalkaanit (3)
Alkoholit (8)
Ketonit (7)
Esterit (3)
Klooratut hiilivedyt (9)	2-1 tai vähemmän	2-1 tai vähemmän
Terpeenit (5)	3-1 tai vähemmän
VOC:t yhteensä (59)

Toinen kokeilu suoritettiin maksukeskuksessa lähellä suurta kansainvälistä lentokenttää (Visa, Zürich), jossa toimistotyöntekijät altistuvat lentokoneiden ja maaliikenteen pakokaasuille. Kolmen VOC:n tasot kvantifioitiin ionisaation kanssa ja ilman (taulukko IV). Polttoaineen epätäydellisen palamisen aiheuttamat haitalliset hajut vähenivät merkittävästi.

Taulukko IV. Kohde B. Matkailukeskus.

Muita tutkimuksia tehdään parhaillaan kvantitatiivisten tulosten saamiseksi tiettyjen epäpuhtauksien poistamisesta eri sovelluksissa. Anekdoottisia todisteita kerätään myös työntekijöiltä ja laitosjohtajilta, jotka raportoivat savun ja hajujen merkittävästä vähenemisestä ja sisäilman laadun yleisestä parantumisesta.

Ilman ionisaatio: minne olemme menossa...

Fysikaalisten voimien, aggregaatiotilan ja massan vaikutus ei ainoastaan ​​tulokseen, vaan myös menetelmään, jolla ainetyyppi muunnetaan toiseksi - kemiallisen muuntamisen olosuhteisiin, pähkinänkuoressa - on kemistille kiireellinen ongelma, joka on vasta hiljattain alkanut tutkia kokeellisesti. Tätä tutkimuslinjaa vaivaa monia vaikeuksia, mutta tärkein niistä on, että on vaikea löytää luonteeltaan yksinkertaista reaktiota, joka tapahtuu puhtaassa muodossa otettavien aineiden ja tarkasti määritettävissä olevien tuotteiden välillä. .

Ilmanpuhdistustekniikoita ovat: (I) fyysiset, (II) fysikaalis-kemialliset ja/tai (III) elektroniset prosessit tai niiden yhdistelmä (taulukko IV). PM-suodatus käsittää hiukkasten fysikaalisen tai mekaanisen keräämisen huokoiselle tai kuitumaiselle materiaalille. Poistomekanismit ovat törmäys, sedimentaatio ja diffuusio. Kaasufaasisuodatus käsittää VOC-yhdisteiden sorption kiinteälle pinnalle ja mahdollisten kemiallisten reaktioiden esiintymisen. Kemisorbentit kyllästetään kemiallisesti aktiivisilla komponenteilla, kuten hapoilla, emäksillä tai pelkistysaineilla, tai katalyyteillä tai fotokatalyyttisesti aktiivisilla materiaaleilla.

Elektroniset ilmanpuhdistimet voidaan luokitella edelleen ionisaatiotyypin ja toimintatavan mukaan. Bipolaariset ilman ionisaatiolaitteet ovat yksinkertaisimpia, kun taas toiset käyttävät erilaisia ​​​​plasma- ja sepelvaltimopurkauksia. Nämä laitteet tuottavat negatiivisten ja/tai positiivisten ionien ryhmiä. Nämä ionit lataavat hiukkasia, mikä helpottaa suodatusta. Klusteri-ionit reagoivat myös kemiallisesti ja tuhoavat VOC-yhdisteitä. Vaikka tämä prosessi on samanlainen kuin monet tunnetut hapetusprosessit, se on kuitenkin hienovaraisempi ja monimutkaisempi. Se voidaan suorittaa huoneenlämpötilassa ilman kiinteiden katalyyttien läsnäoloa. Ilmaionisaattorit eroavat sähkösuodattimista siinä, että hiukkaset saavat sähkövarauksen suorassa kosketuksessa ilmaionien kanssa sen sijaan, että ne joutuvat kosketuksiin sähköisesti varautuneen pinnan kanssa. Ilmaionisaattorit eroavat otsonigeneraattoreista myös siinä, että aktiiviset hiukkaset ovat negatiivisten tai positiivisten ionien klustereita otsonin sijaan, jonka tasoa säädellään sisäilmassa terveydellisistä syistä.

Ilman ionisaatioteknologia, vaikka se onkin hyvin kehittynyt, löytää vasta nyt sovelluksia ilmanpuhdistuksessa VOC-yhdisteille ja hiukkasille, aina ESD-hallinnasta herkissä prosessitoiminnoissa vaarallisten ilmansaasteiden tuhoamiseen. Aiheeseen liittyviä teknologioita ovat hapetus pulssikoronareaktoreissa ja muissa ei-termisissä plasmalaitteissa. Ionisaatioilmanpuhdistuksella on monia etuja: mahdollisesti vaarallisten VOC-yhdisteiden ja hiukkasten tuhoaminen, muuntaminen ja eliminointi; konvektiotekniikoiden (suodatus ja adsorptio) laajennettu ja parannettu suorituskyky; alhainen energiankulutus; minimaaliset PM-kertymät sisäpinnoilla; vähemmän vaarallisia reagensseja ja sivutuotteita; ja mahdollisuudet parantaa terveyttä.

Taulukko V. Ilmanpuhdistusjärjestelmien vertailu

	Bipolaarinen ilman ionisaatio	Otsonin syntyminen	Sähköstaattinen pölynkeräys	Kaasufaasisuodatus	Suodatus
Operaatio	Elektroninen	Elektroninen	Elektroninen	Fysikaalis-kemiallinen	Fyysinen
	Hiljainen purkaus	Estepurkaus	Korkeajänniteverkko ja levy	Selektiivinen sorptio ja reaktiot	Litteät, laskostetut suodattimet, VEVF
	(+)- ja (-)-ionien syntyminen	Otsonin syntyminen	Suspendoituneiden hiukkasten varaus	Sorptio ja reaktio	Hiukkasten laskeutuminen huokoiselle pinnalle
Aktiiviset hiukkaset	Bipolaariset ionit ja radikaalit (O 2 .-)		Varautuneet hiukkaset	Sorptiopaikat ja reaktiot	Suuri pinta-ala
Tuotteet	CO 2, H 2 O, suurentuneet hiukkaset	CO2, H2O, O3	Laajentuneet hiukkaset	VOC-yhdisteiden määrän vähentäminen	PM:n määrän vähentäminen
Sivutuotteet	Vähimmäismäärä, O 3, jos sitä ei valvota	Merkittäviä määriä O 3,	O 3, jos sitä ei puhdisteta säännöllisesti	Käytetty kuivike, jossa on epäpuhtauksia	Käytetyt suodattimet, joissa on epäpuhtauksia
Terveydestäsi huolehtiminen	Raja O 3	Otsonille altistuminen	Altistuminen suurille jännitteille ja otsonille	Keräys, varastointi, hävittäminen	Likaisten suodattimien poistaminen
	Kemiallinen hapetus	Kemiallinen hapetus	VOC-yhdisteiden lajittelu hiukkasiksi	Adsorptio/absorptio
	Tarttuminen		Kertyminen lautasille	Kertyminen pentueeseen	Tiivistyminen, sedimentaatio, diffuusio
	Hapetus	Hapetus		Adsorptio/absorptio
	Deaktivointi	Deaktivointi	Tuskin koskaan		Tuskin koskaan
Ohjaus	Ionit tilauksesta	Jatkuva sukupolvi	Prosessin suunnittelu	Prosessin suunnittelu	Prosessin suunnittelu
Hinta			Kohtalainen	mmHg Taide. Kg Kg W = kg/h Ilmankostuttimen suorituskyky

Atomin magneettiset ominaisuudet

Elektronilla on omansa magneettinen momentti, joka kvantisoidaan käytetyn magneettikentän suuntaisesti tai vastakkaiseen suuntaan. Jos kahdella samalla kiertoradalla olevalla elektronilla on vastakkaiset spinit (Paulin periaatteen mukaisesti), ne kumoavat toisensa. Tässä tapauksessa sanomme, että elektronit pariksi. Atomit, joissa on vain elektronipareja, työnnetään ulos magneettikentästä. Tällaisia ​​atomeja kutsutaan diamagneettinen. Atomit, joissa on yksi tai useampi pariton elektroni, vedetään magneettikenttään. Οʜᴎ kutsutaan diamagneettisiksi.

Atomin magneettinen momentti, joka kuvaa atomin vuorovaikutuksen voimakkuutta magneettikentän kanssa, on käytännössä verrannollinen parittomien elektronien lukumäärään.

Eri alkuaineiden atomien elektronisen rakenteen ominaisuudet heijastuvat sellaisiin energiaominaisuuksiin kuin ionisaatioenergia ja elektroniaffiniteetti.

Atomin ionisaatioenergia (potentiaali). E i on vähimmäisenergia, joka tarvitaan elektronin poistamiseen atomista äärettömään yhtälön mukaan

X = X + + e −

Sen arvot tunnetaan kaikkien jaksollisen järjestelmän elementtien atomeista. Esimerkiksi vetyatomin ionisaatioenergia vastaa elektronin siirtymää arvosta 1 s-energian alataso (−1312,1 kJ/mol) nollaenergian alatasolle ja on +1312,1 kJ/mol.

Ensimmäisen ionisaatiopotentiaalin muutoksessa, joka vastaa yhden atomielektronin poistamista, jaksollisuus ilmaistaan ​​selvästi atomiluvun kasvaessa:

Kuva 13

Kun siirrytään vasemmalta oikealle jakson poikki, ionisaatioenergia yleisesti ottaen vähitellen kasvaa; atomiluvun kasvaessa ryhmän sisällä se pienenee. Alkalimetalleilla on pienin ensimmäinen ionisaatiopotentiaali ja jalokaasuilla suurin.

Samalle atomille toinen, kolmas ja sitä seuraavat ionisaatioenergiat kasvavat aina, koska elektroni on repäistävä pois positiivisesti varautuneesta ionista. Esimerkiksi litiumatomin ensimmäinen, toinen ja kolmas ionisaatioenergiat ovat 520,3, 7298,1 ja 11814,9 kJ/mol, vastaavasti.

Elektroniabstraktiosekvenssi on yleensä käänteinen sekvenssi, jossa kiertoradat täyttyvät elektroneilla minimienergian periaatteen mukaisesti. Tässä tapauksessa elementit, jotka on täytetty d-orbitaalit ovat poikkeuksia - ensinnäkin ne eivät häviä d-, A s-elektroneja.

- Ionisaatioenergia

Atomin magneettiset ominaisuudet Elektronilla on oma magneettinen momenttinsa, joka kvantisoidaan suunnatun magneettikentän suuntaisesti tai vastakkaiseen suuntaan. Jos kahdella samalla kiertoradalla olevalla elektronilla on vastakkaiset spinit... [lue lisää]

- Ionisaatioenergia

Ionisaatioprosessi ilmaistaan ​​kaaviolla: E - n En+. Lisäksi ionisaatio voi tapahtua monta kertaa. Atomin ionisaatio määrittää atomin kyvyn luovuttaa elektroni ja hapettua. Tämä ominaisuus (Eionisaatio) määrää kemiallisen sidoksen luonteen ja lujuuden. Prosessi... [lue lisää]

- Atomien ionisaatioenergia.

Atomin ominaisuudet. Virtalähde itsevarmennusta varten Puheita, jotka eivät hajoa ioneiksi eivätkä johda sähkövirtaa, kutsutaan ei-elektrolyyteiksi. Elektrolyytit ja ei-elektrolyytit Ilmeisesti murskatussa tai sulatetussa... [lue lisää]

- Alkuaineiden atomien ominaisuuksien muutosten jaksollinen luonne: säde, ionisaatioenergia, elektronien affiniteettienergia, suhteellinen elektronegatiivisuus.

Atomissa olevan elektronin energiaominaisuuksien kuvaamiseksi on tarpeen ilmoittaa neljän kvanttiluvun arvot: pää-, toisio-, magneetti- ja spin-kvanttiluvut. Katsotaanpa niitä erikseen. 1) Pääkvanttiluku “n” kuvaa elektronin energiaa atomissa,...