युग्मित इलेक्ट्रॉन

यदि किसी कक्षक में एक इलेक्ट्रॉन है, तो उसे कहा जाता है अयुग्मित,और यदि दो हैं, तो यह युग्मित इलेक्ट्रॉन.

चार क्वांटम संख्याएँ n, l, m, m s एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा स्थिति को पूरी तरह से चित्रित करती हैं।

विभिन्न तत्वों के मल्टीइलेक्ट्रॉन परमाणुओं के इलेक्ट्रॉन खोल की संरचना पर विचार करते समय, तीन मुख्य प्रावधानों को ध्यान में रखना आवश्यक है:

· पाउली सिद्धांत,

· न्यूनतम ऊर्जा का सिद्धांत,

हंड का नियम.

के अनुसार पाउली सिद्धांत एक परमाणु में सभी चार क्वांटम संख्याओं के समान मान वाले दो इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते।

पाउली सिद्धांत एक कक्षीय, स्तर और उपस्तर में इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या निर्धारित करता है। चूँकि AO की विशेषता तीन क्वांटम संख्याएँ हैं एन, एल, एम, तो किसी दिए गए ऑर्बिटल के इलेक्ट्रॉन केवल स्पिन क्वांटम संख्या में भिन्न हो सकते हैं एमएस. लेकिन स्पिन क्वांटम संख्या एमएसकेवल दो मान हो सकते हैं + 1/2 और – 1/2। नतीजतन, एक कक्षक में स्पिन क्वांटम संख्या के विभिन्न मूल्यों के साथ दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं।

चावल। 4.6. एक कक्षक की अधिकतम क्षमता 2 इलेक्ट्रॉन है।

ऊर्जा स्तर पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या 2 के रूप में परिभाषित की गई है एन 2, और उपस्तर पर - जैसे 2(2)। एल+1). विभिन्न स्तरों और उपस्तरों पर स्थित इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या तालिका में दी गई है। 4.1.

तालिका 4.1.

क्वांटम स्तर और उपस्तर पर इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या

ऊर्जा स्तर	ऊर्जा उपस्तर	चुंबकीय क्वांटम संख्या के संभावित मान एम	प्रति कक्षकों की संख्या	इलेक्ट्रॉनों की अधिकतम संख्या प्रति
उपस्तर	स्तर	उपस्तर	स्तर
क (एन=1)	एस (एल=0)
एल (एन=2)	एस (एल=0) पी (एल=1)	–1, 0, 1
एम (एन=3)	एस (एल=0) पी (एल=1) डी (एल=2)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2
एन (एन=4)	एस (एल=0) पी (एल=1) डी (एल=2) एफ (एल=3)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2 –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3

ऑर्बिटल्स को इलेक्ट्रॉनों से भरने का क्रम इसके अनुसार किया जाता है न्यूनतम ऊर्जा का सिद्धांत .

न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत के अनुसार, इलेक्ट्रॉन बढ़ती ऊर्जा के क्रम में कक्षाओं को भरते हैं।

कक्षकों को भरने का क्रम निर्धारित किया जाता है क्लेचकोवस्की का नियम: ऊर्जा में वृद्धि और, तदनुसार, कक्षाओं का भरना मूल और कक्षीय क्वांटम संख्याओं (एन + एल) के योग के बढ़ते क्रम में होता है, और यदि योग बराबर है (एन + एल) - मूल के बढ़ते क्रम में क्वांटम संख्या n.

उदाहरण के लिए, 4s उपस्तर पर एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा 3 उपस्तर की तुलना में कम होती है डी, चूंकि पहले मामले में राशि एन+ एल = 4 + 0 = 4 (उसे याद रखें एस- कक्षीय क्वांटम संख्या का उपस्तर मान एल= = 0), और दूसरे में एन+ एल = 3 + 2= 5 ( डी- उपस्तर, एल= 2). इसलिए, सबलेवल 4 पहले भरा जाता है एस, और फिर 3 डी(चित्र 4.8 देखें)।

3 उपस्तरों पर डी (एन = 3, एल = 2) , 4आर (एन = 4, एल= 1) और 5 एस (एन = 5, एल= 0) मानों का योग पीऔर एलसमरूप हैं और 5 के बराबर हैं। योगों के समान मूल्यों के मामले में एनऔर एलन्यूनतम मान वाला उपस्तर पहले भरा जाता है एन, अर्थात। उपस्तर 3 डी.

क्लेचकोवस्की नियम के अनुसार, परमाणु कक्षाओं की ऊर्जा श्रृंखला में बढ़ती है:

1एस < 2एस < 2आर < 3एस < 3आर < 4एस < 3डी < 4आर < 5एस < 4डी < 5पी < 6एस < 5डी »

"4 एफ < 6पी < 7एस….

परमाणु में कौन सा उपस्तर अंतिम रूप से भरा है, उसके आधार पर सभी रासायनिक तत्वों को विभाजित किया जाता है 4 इलेक्ट्रॉनिक परिवार : एस-, पी-, डी-, एफ-तत्व।

4एफ

4 4डी

3 4s

3पी

3एस

1 2एस

स्तर उपस्तर

चावल। 4.8. परमाणु कक्षकों की ऊर्जा.

वे तत्व जिनके परमाणु बाहरी स्तर के s-उपस्तर को भरने वाले अंतिम होते हैं, कहलाते हैं एस-तत्व . यू एस-वैलेंस तत्व बाहरी ऊर्जा स्तर के एस-इलेक्ट्रॉन हैं।

यू पी तत्वों बाहरी परत का पी-उपपरत सबसे आखिर में भरा जाता है। उनके संयोजकता इलेक्ट्रॉन स्थित होते हैं पी- और एस-बाहरी स्तर के उप-स्तर। यू डी-तत्व अंतिम में भरे जाते हैं डी-पूर्व बाह्य स्तर और संयोजकता के उपस्तर हैं एस-बाहर के इलेक्ट्रॉन और डी-पूर्व-बाह्य ऊर्जा स्तरों के इलेक्ट्रॉन।

यू एफ-तत्व अंतिम रूप से भरा जाना है एफ-तीसरे बाहरी ऊर्जा स्तर का उपस्तर।

एक उपस्तर के भीतर इलेक्ट्रॉन प्लेसमेंट का क्रम निर्धारित किया जाता है हंड का नियम:

एक उपस्तर के भीतर, इलेक्ट्रॉनों को इस तरह से रखा जाता है कि उनके स्पिन क्वांटम संख्याओं के योग का अधिकतम निरपेक्ष मान होता है।

दूसरे शब्दों में, किसी दिए गए उपस्तर की कक्षाएँ पहले स्पिन क्वांटम संख्या के समान मान वाले एक इलेक्ट्रॉन से भरी जाती हैं, और फिर विपरीत मान वाले दूसरे इलेक्ट्रॉन से भरी जाती हैं।

उदाहरण के लिए, यदि तीन क्वांटम कोशिकाओं में 3 इलेक्ट्रॉनों को वितरित करना आवश्यक है, तो उनमें से प्रत्येक एक अलग सेल में स्थित होगा, अर्थात। एक अलग कक्ष पर कब्जा करें:

∑एमएस= ½ – ½ + ½ = ½.

किसी परमाणु के कोश में ऊर्जा स्तरों और उपस्तरों के बीच इलेक्ट्रॉन वितरण के क्रम को उसका इलेक्ट्रॉनिक विन्यास या इलेक्ट्रॉनिक सूत्र कहा जाता है। लिखना इलेक्ट्रोनिक विन्याससंख्या ऊर्जा स्तर (मुख्य क्वांटम संख्या) संख्या 1, 2, 3, 4..., उपस्तर (कक्षीय क्वांटम संख्या) द्वारा निर्दिष्ट है - अक्षरों द्वारा एस, पी, डी, एफ. एक उपस्तर में इलेक्ट्रॉनों की संख्या को एक संख्या द्वारा दर्शाया जाता है, जो उपस्तर प्रतीक के शीर्ष पर लिखा होता है।

किसी परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक विन्यास को तथाकथित के रूप में दर्शाया जा सकता है इलेक्ट्रॉन ग्राफ़िक सूत्र. यह क्वांटम कोशिकाओं में इलेक्ट्रॉनों की व्यवस्था का एक आरेख है, जो एक परमाणु कक्षक का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व है। प्रत्येक क्वांटम सेल में अलग-अलग स्पिन क्वांटम संख्या वाले दो से अधिक इलेक्ट्रॉन नहीं हो सकते हैं।

किसी भी तत्व के लिए इलेक्ट्रॉनिक या इलेक्ट्रॉनिक-ग्राफिक फॉर्मूला बनाने के लिए, आपको पता होना चाहिए:

1. तत्व की क्रम संख्या, अर्थात्। इसके नाभिक का आवेश और परमाणु में इलेक्ट्रॉनों की संगत संख्या।

2. आवर्त संख्या, जो परमाणु के ऊर्जा स्तरों की संख्या निर्धारित करती है।

3. क्वांटम संख्याएँ और उनके बीच संबंध।

उदाहरण के लिए, परमाणु क्रमांक 1 वाले हाइड्रोजन परमाणु में 1 इलेक्ट्रॉन होता है। हाइड्रोजन पहली अवधि का एक तत्व है, इसलिए एकमात्र इलेक्ट्रॉन पहले ऊर्जा स्तर में स्थित एक पर कब्जा कर लेता है एस- सबसे कम ऊर्जा वाला कक्षक। हाइड्रोजन परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र होगा:

1 एन 1 एस 1 .

हाइड्रोजन का इलेक्ट्रॉनिक ग्राफ़िक सूत्र इस प्रकार दिखेगा:

हीलियम परमाणु के इलेक्ट्रॉनिक और इलेक्ट्रॉन-ग्राफिक सूत्र:

2 नहीं 1 एस 2

2 नहीं 1 एस

इलेक्ट्रॉनिक शेल की पूर्णता को दर्शाते हैं, जो इसकी स्थिरता निर्धारित करता है। हीलियम एक उत्कृष्ट गैस है जो उच्च रासायनिक स्थिरता (जड़ता) द्वारा विशेषता है।

लिथियम परमाणु 3 Li में 3 इलेक्ट्रॉन हैं, यह अवधि II का एक तत्व है, जिसका अर्थ है कि इलेक्ट्रॉन 2 ऊर्जा स्तरों पर स्थित हैं। दो इलेक्ट्रॉन भरते हैं एस- पहले ऊर्जा स्तर के उपस्तर और तीसरे इलेक्ट्रॉन पर स्थित है एस- दूसरे ऊर्जा स्तर का उपस्तर:

3 ली 1 एस 2 2एस 1

वैलेंस आई

लिथियम परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन 2 पर स्थित होता है एस-उपस्तर, पहले ऊर्जा स्तर के इलेक्ट्रॉनों की तुलना में नाभिक से कम मजबूती से बंधा होता है, इसलिए, रासायनिक प्रतिक्रियाओं में, एक लिथियम परमाणु आसानी से इस इलेक्ट्रॉन को छोड़ सकता है, ली + आयन में बदल सकता है ( ओर वह -विद्युत आवेशित कण ). इस मामले में, लिथियम आयन उत्कृष्ट गैस हीलियम का एक स्थिर पूर्ण आवरण प्राप्त करता है:

3 ली + 1 एस 2 .

इस बात पे ध्यान दिया जाना चाहिए कि, अयुग्मित (एकल) इलेक्ट्रॉनों की संख्या निर्धारित करती हैतत्व संयोजकता , अर्थात। अन्य तत्वों के साथ रासायनिक बंधन बनाने की इसकी क्षमता।

इस प्रकार, लिथियम परमाणु में एक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होता है, जो इसकी संयोजकता को एक के बराबर निर्धारित करता है।

बेरिलियम परमाणु का इलेक्ट्रॉनिक सूत्र:

4 बी 1s 2 2s 2 .

बेरिलियम परमाणु का इलेक्ट्रॉन ग्राफ़िक सूत्र:

2 वैलेंस मुख्य रूप से

राज्य 0 है

बेरिलियम में सबलेवल 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं जो दूसरों की तुलना में आसानी से निकल जाते हैं। एस 2, Be +2 आयन का निर्माण:

यह ध्यान दिया जा सकता है कि हीलियम परमाणु और लिथियम 3 Li + और बेरिलियम 4 Be +2 के आयनों की इलेक्ट्रॉनिक संरचना समान है, अर्थात। विशेषता हैं आइसोइलेक्ट्रॉनिक संरचना।

किसी परमाणु की संरचना उसकी त्रिज्या, आयनीकरण ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन बंधुता, इलेक्ट्रोनगेटिविटी और परमाणु के अन्य मापदंडों को निर्धारित करती है। परमाणुओं के इलेक्ट्रॉनिक गोले परमाणुओं और अणुओं के ऑप्टिकल, विद्युत, चुंबकीय और सबसे महत्वपूर्ण रासायनिक गुणों के साथ-साथ ठोस पदार्थों के अधिकांश गुणों को निर्धारित करते हैं।

परमाणु की चुंबकीय विशेषताएँ

इलेक्ट्रॉन का अपना है चुंबकीय पल, जिसे लागू चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर या विपरीत दिशा में परिमाणित किया जाता है। यदि एक ही कक्षा में रहने वाले दो इलेक्ट्रॉनों में विपरीत स्पिन होते हैं (पॉली सिद्धांत के अनुसार), तो वे एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इस मामले में हम कहते हैं कि इलेक्ट्रॉन बनती. केवल युग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु चुंबकीय क्षेत्र से बाहर धकेल दिए जाते हैं। ऐसे परमाणु कहलाते हैं प्रति-चुंबकीय. जिन परमाणुओं में एक या अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं वे चुंबकीय क्षेत्र में खींचे जाते हैं। इन्हें प्रतिचुंबकीय कहा जाता है।

एक परमाणु का चुंबकीय क्षण, जो एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक परमाणु की बातचीत की तीव्रता को दर्शाता है, व्यावहारिक रूप से अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या के समानुपाती होता है।

विभिन्न तत्वों के परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं आयनीकरण ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन आत्मीयता जैसी ऊर्जा विशेषताओं में परिलक्षित होती हैं।

आयनीकरण ऊर्जा

किसी परमाणु के आयनीकरण की ऊर्जा (क्षमता)। इ मैंसमीकरण के अनुसार एक परमाणु से अनंत तक एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है

एक्स = एक्स + + इ −

इसका मान आवर्त सारणी के सभी तत्वों के परमाणुओं के लिए जाना जाता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु की आयनीकरण ऊर्जा 1 से एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण से मेल खाती है एस-ऊर्जा उपस्तर (−1312.1 kJ/mol) शून्य ऊर्जा के साथ उपस्तर तक और +1312.1 kJ/mol के बराबर है।

परमाणुओं के एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के अनुरूप पहली आयनीकरण क्षमता में परिवर्तन में, बढ़ती परमाणु संख्या के साथ आवधिकता स्पष्ट रूप से व्यक्त की जाती है:

एक अवधि में बाएं से दाएं जाने पर, आयनीकरण ऊर्जा, आम तौर पर बोलती है, धीरे-धीरे बढ़ती है; समूह के भीतर परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ, यह घट जाती है। क्षार धातुओं में प्रथम आयनीकरण क्षमता न्यूनतम होती है, और उत्कृष्ट गैसों में अधिकतम होती है।

एक ही परमाणु के लिए, दूसरे, तीसरे और बाद के आयनीकरण ऊर्जा में हमेशा वृद्धि होती है, क्योंकि एक सकारात्मक चार्ज वाले आयन से एक इलेक्ट्रॉन को निकालना पड़ता है। उदाहरण के लिए, लिथियम परमाणु के लिए, पहली, दूसरी और तीसरी आयनीकरण ऊर्जाएँ क्रमशः 520.3, 7298.1 और 11814.9 kJ/mol हैं।

इलेक्ट्रॉन अमूर्तन का क्रम आमतौर पर न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत के अनुसार कक्षाओं को इलेक्ट्रॉनों से भरने का विपरीत क्रम होता है। हालाँकि, जो तत्व आबाद हैं डी-ऑर्बिटल्स अपवाद हैं - सबसे पहले, वे हारते नहीं हैं डी-, ए एस-इलेक्ट्रॉन।

इलेक्ट्रान बन्धुता

परमाणु इलेक्ट्रॉन आत्मीयता एई परमाणुओं की एक अतिरिक्त इलेक्ट्रॉन संलग्न करने और नकारात्मक आयन में बदलने की क्षमता है। इलेक्ट्रॉन बंधुता का एक माप जारी या अवशोषित ऊर्जा है। इलेक्ट्रॉन बन्धुता ऋणात्मक आयन X की आयनीकरण ऊर्जा के बराबर है -:

एक्स − = एक्स + इ −

हैलोजन परमाणुओं में सबसे अधिक इलेक्ट्रॉन बन्धुता होती है। उदाहरण के लिए, एक फ्लोरीन परमाणु के लिए, एक इलेक्ट्रॉन जुड़ने के साथ-साथ 327.9 kJ/mol ऊर्जा निकलती है। कई तत्वों के लिए, इलेक्ट्रॉन बंधुता शून्य या नकारात्मक के करीब है, जिसका अर्थ है इस तत्व के लिए एक स्थिर आयन की अनुपस्थिति।

आमतौर पर, विभिन्न तत्वों के परमाणुओं की इलेक्ट्रॉन बंधुता उनकी आयनीकरण ऊर्जा में वृद्धि के साथ-साथ घटती जाती है। हालाँकि, तत्वों के कुछ जोड़े के लिए अपवाद हैं:

तत्व	इमैं, केजे/मोल	ए इ, केजे/मोल
एफ	1681	−238
क्लोरीन	1251	−349
एन	1402	7
पी	1012	−71
हे	1314	−141
एस	1000	−200

इसका स्पष्टीकरण पहले परमाणुओं के छोटे आकार और उनमें अधिक इलेक्ट्रॉन-इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण के आधार पर दिया जा सकता है।

वैद्युतीयऋणात्मकता

इलेक्ट्रोनगेटिविटी एक रासायनिक बंधन बनाते समय (उच्च इलेक्ट्रोनगेटिविटी वाले तत्व की ओर) एक इलेक्ट्रॉन बादल को अपनी दिशा में स्थानांतरित करने के लिए एक रासायनिक तत्व के परमाणु की क्षमता को दर्शाती है। अमेरिकी भौतिक विज्ञानी मुल्लिकेन ने आयनीकरण क्षमता और इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के बीच अंकगणितीय माध्य के रूप में इलेक्ट्रोनगेटिविटी को परिभाषित करने का प्रस्ताव रखा:

χ = 1/2 ( इमैं + ए इ)

इस विधि का उपयोग करने में कठिनाई यह है कि सभी तत्वों के लिए इलेक्ट्रॉन समानताएं ज्ञात नहीं हैं।

रेडियोधर्मिता की खोज ने न केवल परमाणुओं, बल्कि उनके नाभिकों की संरचना की जटिलता की भी पुष्टि की। 1903 में, ई. रदरफोर्ड और एफ. सोड्डी ने रेडियोधर्मी क्षय का एक सिद्धांत प्रस्तावित किया, जिसने परमाणुओं की संरचना पर पुराने विचारों को मौलिक रूप से बदल दिया। इस सिद्धांत के अनुसार, रेडियोधर्मी तत्व स्वतः ही क्षय हो जाते हैं, α- या β-कण छोड़ते हैं और नए तत्वों के परमाणु बनाते हैं जो रासायनिक रूप से मूल तत्वों से भिन्न होते हैं। साथ ही, मूल परमाणुओं और क्षय प्रक्रिया के परिणामस्वरूप बनने वाले परमाणुओं दोनों के द्रव्यमान की स्थिरता बनी रहती है। 1919 में ई. रदरफोर्ड नाभिक के कृत्रिम परिवर्तन का अध्ययन करने वाले पहले व्यक्ति थे। α कणों के साथ नाइट्रोजन परमाणुओं की बमबारी के दौरान, उन्होंने हाइड्रोजन परमाणुओं (प्रोटॉन) के नाभिक और ऑक्सीजन न्यूक्लाइड के परमाणुओं को अलग कर दिया। ऐसे परिवर्तनों को परमाणु प्रतिक्रियाएँ कहा जाता है, क्योंकि एक तत्व के परमाणुओं के नाभिक से अन्य तत्वों के परमाणुओं के नाभिक प्राप्त होते हैं। परमाणु अभिक्रियाएँ समीकरणों का उपयोग करके लिखी जाती हैं। इस प्रकार, ऊपर चर्चा की गई परमाणु प्रतिक्रिया को इस प्रकार लिखा जा सकता है:

रेडियोधर्मिता की घटना को आइसोटोप की अवधारणा का उपयोग करके परिभाषित किया जा सकता है: रेडियोधर्मिता एक रासायनिक तत्व के परमाणुओं के अस्थिर नाभिक का दूसरे तत्व के परमाणुओं के नाभिक में परिवर्तन है, जो प्राथमिक कणों की रिहाई के साथ होता है। प्रकृति में मौजूद तत्वों के समस्थानिकों द्वारा प्रदर्शित रेडियोधर्मिता को प्राकृतिक रेडियोधर्मिता कहा जाता है। विभिन्न आइसोटोप के लिए रेडियोधर्मी परिवर्तनों की दर अलग-अलग होती है। यह एक रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक की विशेषता है, जो दर्शाता है कि 1 एस में रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड के कितने परमाणु क्षय होते हैं। यह स्थापित किया गया है कि प्रति इकाई समय में क्षय होने वाले रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड के परमाणुओं की संख्या इस न्यूक्लाइड के परमाणुओं की कुल संख्या के समानुपाती होती है और रेडियोधर्मी क्षय स्थिरांक के मूल्य पर निर्भर करती है। उदाहरण के लिए, यदि एक निश्चित अवधि में किसी रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड के परमाणुओं की कुल संख्या का आधा क्षय हो जाता है, तो अगली ऐसी अवधि में शेष का आधा क्षय हो जाएगा, यानी पिछली अवधि की तुलना में आधा, आदि।

एक रेडियोधर्मी न्यूक्लाइड का जीवनकाल उसके आधे जीवन से निर्धारित होता है, अर्थात, वह समयावधि जिसके दौरान इस न्यूक्लाइड की प्रारंभिक मात्रा का आधा भाग क्षय हो जाता है। उदाहरण के लिए, रेडॉन का आधा जीवन 3.85 दिन, रेडियम - 1620 वर्ष, यूरेनियम - 4.5 अरब वर्ष है। निम्नलिखित प्रकार के रेडियोधर्मी परिवर्तन ज्ञात हैं: α-क्षय, β-क्षय, सहज (अनजाने में) परमाणु विखंडन। इस प्रकार के रेडियोधर्मी परिवर्तन α-कणों, इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन और γ-किरणों की रिहाई के साथ होते हैं। α-क्षय की प्रक्रिया में, किसी रेडियोधर्मी तत्व के परमाणु का नाभिक हीलियम परमाणु के नाभिक को मुक्त करता है, जिसके परिणामस्वरूप मूल रेडियोधर्मी तत्व के परमाणु के नाभिक का आवेश दो इकाई कम हो जाता है, और द्रव्यमान संख्या चार से. उदाहरण के लिए, रेडियम परमाणु का रेडॉन परमाणु में परिवर्तन समीकरण द्वारा लिखा जा सकता है

β-क्षय की परमाणु प्रतिक्रिया, जो इलेक्ट्रॉनों, पॉज़िट्रॉन की रिहाई या कक्षीय इलेक्ट्रॉनों के प्रवेश के साथ होती है, को समीकरण द्वारा भी लिखा जा सकता है

जहाँ e एक इलेक्ट्रॉन है; hν - γ-विकिरण क्वांटम; ν o - एंटीन्यूट्रिनो (एक प्राथमिक कण जिसका विश्राम द्रव्यमान और आवेश शून्य के बराबर है)।

β-क्षय की संभावना इस तथ्य के कारण है कि, आधुनिक अवधारणाओं के अनुसार, एक न्यूट्रॉन, कुछ शर्तों के तहत, एक प्रोटॉन में परिवर्तित हो सकता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो जारी कर सकता है। एक प्रोटॉन और एक न्यूट्रॉन एक ही परमाणु कण - न्यूक्लियॉन की दो अवस्थाएँ हैं। इस प्रक्रिया को एक चित्र द्वारा दर्शाया जा सकता है

न्यूट्रॉन -> प्रोटॉन + इलेक्ट्रॉन + एंटीन्यूट्रिनो

रेडियोधर्मी तत्व के परमाणुओं के β-क्षय के दौरान, न्यूट्रॉन में से एक जो परमाणु के नाभिक का हिस्सा होता है, एक इलेक्ट्रॉन और एक एंटीन्यूट्रिनो छोड़ता है, जो एक प्रोटॉन में बदल जाता है। इस स्थिति में, नाभिक का धनात्मक आवेश एक बढ़ जाता है। इस प्रकार के रेडियोधर्मी क्षय को इलेक्ट्रॉन क्षय (β-क्षय) कहा जाता है। इसलिए, यदि किसी रेडियोधर्मी तत्व के परमाणु का नाभिक एक α-कण छोड़ता है, तो परिणाम एक नए तत्व के परमाणु का नाभिक होता है, जिसकी प्रोटॉन संख्या दो इकाई कम होती है, और जब एक β-कण निकलता है, तो उसका नाभिक बनता है एक नया परमाणु मूल परमाणु से एक अधिक प्रोटॉन संख्या के साथ प्राप्त किया जाता है। यह सोड्डी-फैजंस विस्थापन कानून का सार है। कुछ अस्थिर समस्थानिकों के परमाणु नाभिक ऐसे कण छोड़ सकते हैं जिनका धनात्मक आवेश +1 और द्रव्यमान एक इलेक्ट्रॉन के द्रव्यमान के करीब होता है। इस कण को ​​पॉज़िट्रॉन कहा जाता है। तो, एक प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में संभावित रूपांतरण चित्र के अनुसार है:

प्रोटॉन → न्यूट्रॉन + पॉज़िट्रॉन + न्यूट्रिनो

प्रोटॉन का न्यूट्रॉन में परिवर्तन केवल उस स्थिति में देखा जाता है जब नाभिक की अस्थिरता उसमें प्रोटॉन की अतिरिक्त सामग्री के कारण होती है। फिर प्रोटॉन में से एक न्यूट्रॉन में बदल जाता है, और इस मामले में उत्पन्न होने वाले पॉज़िट्रॉन और न्यूट्रिनो नाभिक की सीमाओं से परे उड़ जाते हैं; परमाणु आवेश एक से कम हो जाता है। इस प्रकार के रेडियोधर्मी क्षय को पॉज़िट्रॉन-क्षय (β+-क्षय) कहा जाता है। अतः किसी रेडियोधर्मी तत्व के परमाणु के नाभिक के β-क्षय के कारण, उस तत्व का एक परमाणु प्राप्त होता है जो एक स्थान से दाईं ओर (β-क्षय) या बायीं ओर (β+-क्षय) स्थानांतरित हो जाता है। मूल रेडियोधर्मी तत्व. एक रेडियोधर्मी परमाणु के परमाणु आवेश में एक की कमी न केवल β+ क्षय के कारण हो सकती है, बल्कि इलेक्ट्रॉन खींचें के कारण भी हो सकती है, जिसके परिणामस्वरूप नाभिक के निकटतम इलेक्ट्रॉन गेंद के इलेक्ट्रॉनों में से एक को नाभिक द्वारा पकड़ लिया जाता है। . यह इलेक्ट्रॉन नाभिक के एक प्रोटॉन के साथ एक न्यूट्रॉन बनाता है: ई - + पी → एन

परमाणु नाभिक की संरचना का सिद्धांत XX सदी के 30 के दशक में विकसित किया गया था। यूक्रेनी वैज्ञानिक डी.डी. इवानेंको और ई.एम. गैपॉन, साथ ही जर्मन वैज्ञानिक डब्ल्यू. हाइजेनबर्ग। इस सिद्धांत के अनुसार, परमाणुओं के नाभिक में धनात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन और विद्युत रूप से तटस्थ न्यूट्रॉन होते हैं। इन प्राथमिक कणों का सापेक्ष द्रव्यमान लगभग समान है (प्रोटॉन द्रव्यमान 1.00728, न्यूट्रॉन द्रव्यमान 1.00866)। प्रोटॉन और न्यूट्रॉन (न्यूक्लियॉन) बहुत मजबूत परमाणु बलों द्वारा नाभिक में समाहित होते हैं। परमाणु बल केवल बहुत कम दूरी पर कार्य करते हैं - 10 -15 मीटर के क्रम पर।

किसी नाभिक के निर्माण के दौरान प्रोटॉन और न्यूट्रॉन से जो ऊर्जा निकलती है, उसे नाभिक की बंधन ऊर्जा कहा जाता है और यह इसकी स्थिरता को दर्शाती है।



और ठीक निलंबित कण पदार्थ (पीएम)

नियंत्रित वायु आयनीकरण प्रक्रियाओं से रोगाणुओं की संख्या में उल्लेखनीय कमी आती है, गंधों का निराकरण होता है और घर के अंदर की हवा में कुछ वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों (वीओसी) की सामग्री में कमी आती है। उच्च दक्षता वाले फिल्टर का उपयोग करके छोटे निलंबित ठोस (धूल) को हटाने की दक्षता में वायु आयनीकरण का उपयोग करके भी सुधार किया जाता है। आयनीकरण प्रक्रिया में सुपरऑक्साइड O2 (ऑक्सीजन का डायटोमिक रेडिकल आयन) सहित वायु आयनों का निर्माण शामिल है, जो वायुजनित वीओसी और निलंबित कण पदार्थ (पीएम) के साथ तेजी से प्रतिक्रिया करता है। वायु आयनीकरण रसायन विज्ञान के महत्व और इनडोर वायु गुणवत्ता में उल्लेखनीय सुधार के लिए इसकी क्षमता पर विशिष्ट प्रयोगात्मक उदाहरणों का उपयोग करके चर्चा की गई है। .

रासायनिक रूप से सक्रिय आयनों, रेडिकल्स और अणुओं से जुड़ी आयनीकरण घटनाएं मौसम विज्ञान, जलवायु विज्ञान, रसायन विज्ञान, भौतिकी, प्रौद्योगिकी, शरीर विज्ञान और व्यावसायिक स्वच्छता के विभिन्न क्षेत्रों में पाई जाती हैं। कृत्रिम वायु आयनीकरण में हाल के विकास, हवा से वीओसी और पीएम को हटाने में बढ़ती रुचि के साथ, इनडोर वायु गुणवत्ता में सुधार के लिए उन्नत प्रौद्योगिकियों के विकास को जन्म दिया है। यह लेख वायु आयनों के भौतिक और रासायनिक गुणों की समझ प्रदान करता है और फिर हवा को शुद्ध करने के लिए आयनीकरण के उपयोग और उसमें से वीओसी और पीएम को हटाने का वर्णन किया गया है।

वायु आयनों के भौतिक गुण.

ब्रह्माण्ड का अधिकांश पदार्थ आयनित है। अंतरिक्ष के गहरे निर्वात में, परमाणु और अणु उत्तेजित ऊर्जा अवस्था में होते हैं और उनमें विद्युत आवेश होता है। जबकि पृथ्वी और पृथ्वी के वायुमंडल में अधिकांश पदार्थ आयनित नहीं है। आयनीकरण और चार्ज पृथक्करण के लिए ऊर्जा के पर्याप्त शक्तिशाली स्रोत की आवश्यकता होती है। यह प्राकृतिक या कृत्रिम (मानवजनित) मूल का हो सकता है, और परमाणु, थर्मल, विद्युत या रासायनिक प्रक्रियाओं के परिणामस्वरूप जारी किया जा सकता है। ऊर्जा के कुछ स्रोत हैं: ब्रह्मांडीय विकिरण, स्थलीय स्रोतों से आयनीकरण (परमाणु) विकिरण, पराबैंगनी विकिरण, हवा के घर्षण से चार्ज, पानी की बूंदों का क्षय (झरने, बारिश), विद्युत निर्वहन (बिजली), दहन (आग, जलती हुई गैस जेट, इंजन) और मजबूत विद्युत क्षेत्र (कोरोना डिस्चार्ज)।

पर्यावरण में आयनों की मात्रा पर मानव का प्रभाव:

● दहन प्रक्रिया के दौरान, आयन और निलंबित कण दोनों एक साथ बनते हैं। उत्तरार्द्ध, एक नियम के रूप में, आयनों को अवशोषित करते हैं, उदाहरण के लिए, धूम्रपान या मोमबत्तियाँ जलाने के दौरान।

● घर के अंदर, सिंथेटिक साज-सज्जा और कृत्रिम वेंटिलेशन हवा में आवेशित कणों की संख्या को कम कर सकते हैं।

● विद्युत लाइनें आयनों की धाराएँ उत्पन्न करती हैं; वीडियो प्रदर्शन से उनकी संख्या में कमी आती है।

● विशेष उपकरण हवा को शुद्ध करने या उसके चार्ज को बेअसर करने के लिए आयन उत्पन्न करते हैं।

कृत्रिम वायु आयनीकरण के लिए विशेष रूप से डिज़ाइन किए गए उपकरण प्राकृतिक प्रक्रियाओं की तुलना में अधिक नियंत्रणीय हैं। बड़े आयन जनरेटरों में हाल के विकास ने ओजोन जैसे उप-उत्पादों की न्यूनतम मात्रा के साथ नियंत्रित तरीके से वांछित आयनों का उत्पादन करने में सक्षम ऊर्जा-कुशल मॉड्यूल की व्यावसायिक उपलब्धता को जन्म दिया है। आयन जनरेटरों ने स्थैतिक सतह चार्ज को नियंत्रित करने में आवेदन पाया है। घर के अंदर की हवा को शुद्ध करने के लिए एयर आयनाइज़र (आयन जनरेटर) का तेजी से उपयोग किया जा रहा है।

आयनीकरण एक प्रक्रिया या प्रक्रिया का परिणाम है जिसके द्वारा विद्युत रूप से तटस्थ परमाणु या अणु सकारात्मक या नकारात्मक चार्ज प्राप्त करता है। जब एक परमाणु अतिरिक्त ऊर्जा को अवशोषित करता है, तो आयनीकरण होता है, जिसके परिणामस्वरूप एक मुक्त इलेक्ट्रॉन और एक सकारात्मक चार्ज परमाणु बनता है। शब्द "वायु आयन" मोटे तौर पर हवा के उन सभी कणों को संदर्भित करता है जिनमें विद्युत आवेश होता है और जिनकी गति विद्युत क्षेत्रों पर निर्भर होती है।

प्राकृतिक और कृत्रिम रूप से निर्मित वायु आयनों के रासायनिक परिवर्तन, पर्यावरण की संरचना पर निर्भर करते हैं, विशेष रूप से गैस अशुद्धियों के प्रकार और एकाग्रता पर। विशिष्ट प्रतिक्रियाओं की घटना व्यक्तिगत परमाणुओं और अणुओं के भौतिक गुणों पर निर्भर करती है, जैसे कि आयनीकरण क्षमता, इलेक्ट्रॉन बंधुता, प्रोटॉन बंधुता, द्विध्रुवीय क्षण, ध्रुवीकरण और प्रतिक्रियाशीलता। मुख्य सकारात्मक आयन एन 2 +, ओ 2 +, एन + और ओ + बहुत जल्दी (एक सेकंड के मिलियनवें हिस्से में) प्रोटोनेटेड हाइड्रेट्स में बदल जाते हैं, जबकि मुक्त इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन से जुड़ते हैं, जिससे सुपरऑक्साइड रेडिकल आयन 3 ओ 2 .- बनता है, जो हाइड्रेट्स भी बना सकते हैं। इन मध्यवर्ती (मध्यवर्ती कणों) को सामूहिक रूप से "क्लस्टर आयन" कहा जाता है।

क्लस्टर आयन तब अस्थिर अशुद्धियों या निलंबित कणों के साथ प्रतिक्रिया कर सकते हैं। अपने अल्प जीवन (लगभग एक मिनट) के दौरान, एक क्लस्टर आयन जमीनी अवस्था में वायु अणुओं से 1,000,000,000,000 बार (10 12) तक टकरा सकता है। रासायनिक स्पेक्ट्रा को अलग करने और पहचानने के लिए रासायनिक, परमाणु, फोटो- और इलेक्ट्रो-आयनीकरण प्रक्रियाओं का उपयोग किया जाता है। गैस चरण में और ठोस कणों की सतह पर अणुओं और प्रतिक्रियाओं का पृथक्करण वास्तविक मीडिया में सामान्य प्रतिक्रिया योजनाओं को काफी जटिल बना देता है। चल रही रासायनिक प्रतिक्रियाओं, आणविक पुनर्व्यवस्था, आणविक आयन समूहों और आवेशित कणों के निर्माण के कारण आयनों के गुण लगातार बदल रहे हैं। प्रोटोनेटेड हाइड्रेट्स का व्यास 1 एनएम (0.001 µm) तक हो सकता है और इसकी गतिशीलता 1-2 सेमी 2 /V s हो सकती है। आयन समूहों का आकार लगभग 0.01-0.1 एनएम है, और उनकी गतिशीलता 0.3-1·10 -6 m 2 /V s है। बाद वाले कण आकार में बड़े होते हैं, लेकिन परिमाण में कम गतिशील होते हैं। तुलना के लिए, कोहरे की बूंदों या धूल के कणों का औसत आकार 20 माइक्रोन तक होता है।

आयनों और इलेक्ट्रॉनों की संयुक्त उपस्थिति एक अंतरिक्ष आवेश की उपस्थिति की ओर ले जाती है, अर्थात, वायुमंडल में एक मुक्त अप्रतिपूरित आवेश का अस्तित्व होता है। धनात्मक और ऋणात्मक दोनों आवेशों के स्थानिक घनत्व को मापा जा सकता है। समुद्र तल पर साफ़ मौसम में, दोनों ध्रुवों के आयनों की सांद्रता लगभग 200-3,000 आयन/सेमी 3 होती है। प्राकृतिक सक्रियता के कारण, बारिश और तूफान के दौरान उनकी संख्या काफी बढ़ जाती है: नकारात्मक आयनों की सांद्रता 14,000 आयन/सेमी 3 तक बढ़ जाती है, और सकारात्मक आयनों की सांद्रता 7,000 आयन/सेमी 3 तक बढ़ जाती है। सकारात्मक से नकारात्मक आयनों का अनुपात आम तौर पर 1.1-1.3 होता है, जो कुछ मौसम स्थितियों में घटकर 0.9 हो जाता है। एक सिगरेट पीने से कमरे की हवा में आयनों की संख्या 10-100 आयन/सेमी 3 तक कम हो जाती है।

आयनों और आयन समूहों में किसी भी वायु अशुद्धियों, यानी अनिवार्य रूप से वायुमंडल के सभी घटकों के साथ टकराव और प्रतिक्रिया के कई अवसर होते हैं। वे अन्य अस्थिर घटकों के साथ प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप या प्रसार आवेश और क्षेत्र आवेश के माध्यम से बड़े कणों से जुड़कर वायुमंडल से गायब हो जाते हैं। उनकी सांद्रता जितनी अधिक होगी, आयनों का जीवनकाल उतना ही कम होगा (और इसके विपरीत, कम सांद्रता पर जीवनकाल लंबा होता है, क्योंकि टकराव की संभावना कम होती है)। वायु आयनों का जीवनकाल सीधे तौर पर आर्द्रता, तापमान और वाष्पशील पदार्थों और निलंबित कणों के अंशों की सापेक्ष सांद्रता पर निर्भर करता है। स्वच्छ हवा में प्राकृतिक रूप से पाए जाने वाले आयनों का सामान्य जीवनकाल 100-1,000 सेकंड होता है।

वायु आयनों का रसायन

ऑक्सीजन सभी प्रकार के जीवन के लिए आवश्यक है। हालाँकि, एक ओर जीवन के लिए आवश्यक ऑक्सीजन के निर्माण और दूसरी ओर इसके विषाक्त प्रभावों से सुरक्षा के बीच एक गतिशील संतुलन है। आणविक ऑक्सीजन की 4 ज्ञात ऑक्सीकरण अवस्थाएँ हैं [O 2 ] n, जहाँ ऑक्सीजन अणु, धनायन, सुपरऑक्साइड आयन और पेरोक्साइड आयन (3 O 2 के रूप में लिखा गया है) के लिए क्रमशः n = 0, +1, -1, -2 है। 3 O 2.+ , 3 O 2 .- और 3 O 2 -2). इसके अलावा, हवा में "साधारण" ऑक्सीजन 3O2 "जमीन" (ऊर्जावान रूप से अउत्तेजित) अवस्था में है। यह दो अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों वाला एक स्वतंत्र "बिराडिकल" है। ऑक्सीजन में, बाहरी परत में इलेक्ट्रॉनों के दो जोड़े समानांतर स्पिन होते हैं, जो त्रिक अवस्था का संकेत देते हैं (सुपरस्क्रिप्ट 3, लेकिन इसे आमतौर पर सरलता के लिए छोड़ दिया जाता है)। जैव रासायनिक प्रक्रियाओं में ऑक्सीजन ही आमतौर पर अंतिम इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता होती है। यह रासायनिक रूप से बहुत सक्रिय नहीं है और ऑक्सीकरण द्वारा स्वयं बायोसिस्टम को नष्ट नहीं करता है। हालाँकि, यह ऑक्सीजन के अन्य रूपों का अग्रदूत है जो विषाक्त हो सकता है, जैसे सुपरऑक्साइड रेडिकल आयन, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल, पेरोक्साइड रेडिकल, एल्कोक्सी रेडिकल और हाइड्रोजन पेरोक्साइड। अन्य रासायनिक रूप से सक्रिय अणुओं में सिंगलेट ऑक्सीजन 1 ओ 2 और ओजोन ओ 3 शामिल हैं।

अपनी सामान्य अवस्था में ऑक्सीजन अधिकांश अणुओं के साथ खराब प्रतिक्रिया करती है, लेकिन इसे अतिरिक्त ऊर्जा (प्राकृतिक या कृत्रिम, विद्युत, थर्मल, फोटोकैमिकल या परमाणु) देकर और इसे प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों (आरओएस) में परिवर्तित करके "सक्रिय" किया जा सकता है। एक इलेक्ट्रॉन के जुड़ने से ऑक्सीजन का प्रतिक्रियाशील अवस्था में रूपांतरण को कमी (समीकरण 1) कहा जाता है। दाता अणु जो इलेक्ट्रॉन दान करता है, ऑक्सीकृत हो जाता है। त्रिक ऑक्सीजन की इस आंशिक कमी का परिणाम सुपरऑक्साइड O2·- है। यह एक रेडिकल (एक बिंदु द्वारा चिह्नित) और एक आयन (चार्ज -1) दोनों है।

ओ 2 + ई - → ओ 2 .- (1)

सुपरऑक्साइड रेडिकल आयन मानव शरीर में उत्पन्न होने वाला सबसे महत्वपूर्ण रेडिकल है: 70 किलोग्राम वजन वाला एक वयस्क प्रति वर्ष कम से कम 10 किलोग्राम (!) का संश्लेषण करता है। माइटोकॉन्ड्रियल श्वसन द्वारा खपत ऑक्सीजन का लगभग 98% पानी में परिवर्तित हो जाता है, और शेष 2% सुपरऑक्साइड में परिवर्तित हो जाता है, जो श्वसन प्रणाली में प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं के परिणामस्वरूप बनता है। मानव कोशिकाएं विदेशी सूक्ष्मजीवों के खिलाफ "एंटीबायोटिक" के रूप में लगातार सुपरऑक्साइड (और इसके परिणामस्वरूप रासायनिक रूप से सक्रिय अणु) का उत्पादन करती हैं। क्रुएगर और रीड, 1976 द्वारा वायु आयनों और ऑक्सीजन रेडिकल्स की जीव विज्ञान की समीक्षा की गई है। सुपरऑक्साइड NO के साथ कई सेलुलर प्रक्रियाओं को विनियमित करने के लिए एक सिग्नलिंग अणु के रूप में भी कार्य करता है। . जैविक परिस्थितियों में, यह प्रतिक्रिया 2 में हाइड्रोजन पेरोक्साइड और ऑक्सीजन बनाने के लिए स्वयं से प्रतिक्रिया करता है, जिसे डिसम्यूटेशन प्रतिक्रिया के रूप में जाना जाता है। यह स्वतःस्फूर्त हो सकता है या एंजाइम सुपरऑक्साइड डिसम्यूटेज़ (एसओडी) द्वारा उत्प्रेरित हो सकता है।

2 ओ 2 .- + 2 एच + → एच 2 ओ 2 + ओ 2 (2)

सुपरऑक्साइड एक ऑक्सीकरण एजेंट (इलेक्ट्रॉन स्वीकर्ता) और एक कम करने वाला एजेंट (इलेक्ट्रॉन दाता) दोनों हो सकता है। यह धातु आयनों और/या सूर्य के प्रकाश द्वारा उत्प्रेरित सक्रिय हाइड्रॉक्सिल रेडिकल (एचओ) के निर्माण के लिए बहुत महत्वपूर्ण है। सुपरऑक्साइड नाइट्रिक ऑक्साइड रेडिकल (NO.) के साथ प्रतिक्रिया करके बनता है विवो मेंएक अन्य सक्रिय अणु पेरोक्सीनाइट्रेट (OONO.) है। फिर सुपरऑक्साइड को पेरोक्साइड (ओ 2 -2) में कम किया जा सकता है - ऑक्सीजन का एक सक्रिय रूप, जो जलीय वातावरण में हाइड्रोजन पेरोक्साइड (एच 2 ओ 2) के रूप में मौजूद है और स्वास्थ्य के लिए आवश्यक है।

सुपरऑक्साइड एक कमजोर एसिड के पृथक्करण का एक उत्पाद है - हाइड्रोपरॉक्साइड रेडिकल एचओ 2 ·। जलीय प्रणालियों में, इन दो कणों की मात्रा का अनुपात माध्यम की अम्लता और संबंधित संतुलन स्थिरांक द्वारा निर्धारित होता है। हवा के नकारात्मक आयनीकरण के परिणामस्वरूप सुपरऑक्साइड भी बन सकता है। शोध से नम हवा में छोटी सांद्रता के गठन की भी पुष्टि की गई है।

सुपरऑक्साइड आयन क्लस्टर वायुजनित कणों और वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों के साथ शीघ्रता से प्रतिक्रिया करते हैं। जबकि हाइड्रोजन पेरोक्साइड एक ऑक्सीकरण एजेंट है, हाइड्रोजन पेरोक्साइड और सुपरऑक्साइड (समीकरण 3) का संयोजन एक अधिक प्रतिक्रियाशील प्रजाति, हाइड्रॉक्सिल रेडिकल, ज्ञात सबसे शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट का उत्पादन करता है।

2 ओ 2 .- + एच 2 ओ 2 → ओ 2 + ओएच। +ओएच - (3)

रासायनिक प्रतिक्रियाओं में भाग लेने वाले व्यक्तिगत कणों की पहचान एक गैर-तुच्छ कार्य है। एक प्रतिक्रिया योजना सिमुलेशन में ऊपर उल्लिखित कणों के बीच दर्जनों सजातीय और विषम प्रतिक्रियाएं शामिल हो सकती हैं।

ऑक्सीजन की सक्रिय प्रजातियाँ

ऑक्सीजन, सुपरऑक्साइड, पेरोक्साइड और हाइड्रॉक्सिल को प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस) कहा जाता है और ये गैस और जलीय वातावरण दोनों में विभिन्न प्रकार की रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकते हैं। ये सक्रिय कण वायुमंडल में मौजूद कार्बनिक पदार्थों, स्मॉग कणों के विघटन और ओजोन (O3) के विघटन के लिए बहुत महत्वपूर्ण हैं। हाइड्रॉक्सिल रेडिकल ऑक्सीकरण (कार्बनिक यौगिकों से इलेक्ट्रॉनों को निकालना) सहित जटिल रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला के माध्यम से क्षोभमंडल में अस्थिर कार्बनिक यौगिकों के टूटने में एक महत्वपूर्ण कारक है, जो बाद में एक श्रृंखला प्रतिक्रिया में अन्य कार्बनिक अणुओं के साथ प्रतिक्रिया कर सकता है।

प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियाँ स्थलीय अंतरिक्ष और बाह्य अंतरिक्ष दोनों में पाई गई हैं। एसएनओ 2-आधारित ठोस-अवस्था सेंसर, आमतौर पर ट्रेस गैसों का पता लगाने के लिए उपयोग किया जाता है, ऑक्सीजन और जल वाष्प के रासायनिक अवशोषण से प्रभावित होते हैं। पर्याप्त रूप से उच्च ऑपरेटिंग तापमान पर, हवा से ऑक्सीजन क्रिस्टलीय सतहों पर अवशोषित हो जाती है जिन पर नकारात्मक चार्ज होता है। इस मामले में, क्रिस्टल के इलेक्ट्रॉन अधिशोषित O2 में चले जाते हैं, जिससे सुपरऑक्साइड रेडिकल बनते हैं, जो फिर CO, हाइड्रोकार्बन और गैसों या वाष्प की अन्य अशुद्धियों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं। इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के परिणामस्वरूप, सतह का आवेश कम हो जाता है, जिससे चालकता में वृद्धि होती है, जो निश्चित होती है। इसी तरह की रासायनिक प्रक्रियाएं फोटोकैटलिटिक ऑक्सीकरण, ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं और विभिन्न गैर-थर्मल प्लाज्मा प्रक्रियाओं में पाई जाती हैं।

अंतरिक्ष वैज्ञानिकों का सुझाव है कि मंगल ग्रह की मिट्टी की असामान्य गतिविधि और कार्बनिक यौगिकों की कमी पराबैंगनी विकिरण के कारण है, जो धातु परमाणुओं के आयनीकरण और मिट्टी के कणिकाओं पर प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों के गठन का कारण बनती है। तीन मूलक O·-, O2 ·- और O3 ·-, आमतौर पर ऑक्सीजन की उपस्थिति में यूवी विकिरण के प्रभाव में बनते हैं, कभी-कभी सामूहिक रूप से प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियां (आरओएस) कहलाती हैं। O 2 · पृथ्वी पर सामान्य तापमान पर बनने वाला सबसे कम सक्रिय, सबसे स्थिर और सबसे अधिक संभावना वाला ऑक्सीजन रेडिकल है। इसके रासायनिक गुणों में हाइड्रेटेड क्लस्टर आयन बनाने के लिए पानी के साथ प्रतिक्रिया शामिल है। दो परस्पर जुड़े कण - हाइड्रॉक्साइड और हाइड्रोपरॉक्साइड - कार्बनिक अणुओं को ऑक्सीकरण करने में सक्षम हैं। सुपरऑक्साइड पानी के साथ प्रतिक्रिया करता है (समीकरण 4) ऑक्सीजन, पेरिहाइड्रॉक्सिल और हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स का उत्पादन करता है, जो आसानी से कार्बनिक अणुओं को ऑक्सीकरण करने में सक्षम होते हैं।

2 ओ 2 .- + एच 2 ओ → ओ 2 + एचओ 2 .- + ओएच .- (4)

सुपरऑक्साइड ओजोन के साथ सीधे प्रतिक्रिया करके हाइड्रॉक्सिल रेडिकल्स (समीकरण 5) बना सकता है।

2 ओ 2 .- + ओ 3 + एच 2 ओ → 2 ओ 2 + ओएच - + ओएच। (5)

हम निम्नलिखित सारांश योजना (समीकरण 6) मान सकते हैं, जिसमें ऊपर वर्णित कई प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। इसमें, वायु आयनीकरण के दौरान बनने वाला सुपरऑक्साइड धात्विक समावेशन के साथ हवा में निलंबित कणों से जुड़े वाष्पशील कार्बनिक यौगिकों के ऑक्सीकरण का कारण बनता है:

सी एक्स एच वाई + (एक्स+वाई/4) ओ 2 → एक्स सीओ 2 + (वाई/2) एच 2 ओ (6)

यह एक सरलीकृत प्रतिनिधित्व है. प्रत्येक प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजाति (आरओएस) के लिए, उनके अंतर-रूपांतरण के लिए कई परिकल्पित या पुष्टि की गई प्रतिक्रिया योजनाएं हैं।

व्यक्तिगत वीओसी का परिवर्तन, यानी, मूल कणों का गायब होना और कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के बजाय उप-उत्पादों का निर्माण, वायु आयनीकरण से पहले और बाद में, वैज्ञानिक कार्यों में परिकल्पित और मॉडलिंग किया गया है। यह एक सर्वविदित तथ्य है कि गैर-थर्मल, गैस-चरण प्लाज़्मा, जो कमरे के तापमान और वायुमंडलीय दबाव पर इलेक्ट्रॉनिक रूप से उत्पन्न होते हैं, एक स्पंदित कोरोना रिएक्टर में वीओसी की कम सांद्रता (10-100 सेमी 3 / मी 3 एकाग्रता) को नष्ट कर सकते हैं। . विनाश या उन्मूलन दक्षता (ईडीई) का अनुमान मोटे तौर पर रासायनिक आयनीकरण क्षमता के आधार पर लगाया गया था। आयनीकरण और अन्य कोरोना डिस्चार्ज प्रक्रियाओं का उपयोग, विशेष रूप से, वीओसी (100-0.01 सेमी 3 / मी 3) की अपेक्षाकृत कम प्रारंभिक सांद्रता वाली हवा के उपचार के लिए किया गया है। कई निजी और सरकारी शोधकर्ताओं ने ऐसे रासायनिक यौगिकों की सूचना दी है जो प्रक्रिया योग्य हैं (तालिका 1), यानी, इन पदार्थों को वायु आयनीकरण और संबंधित प्रक्रियाओं द्वारा रासायनिक रूप से बदला या नष्ट किया जा सकता है।

तालिका 1. रासायनिक यौगिक जिन्हें आयनीकरण (*) द्वारा हवा से हटाया जा सकता है।

	नाम			नाम
	कार्बन मोनोआक्साइड			नेफ़थलीन
	नाइट्रोजन ऑक्साइड
				formaldehyde
				एसीटैल्डिहाइड
				मिथाइल अल्कोहल
				मिथाइल एथिल कीटोन
				मिथाइलीन क्लोराइड
	cyclohexane			1,1,1-ट्राइक्लोरोइथेन
				1,1,2-ट्राइक्लोरोइथेन
				कार्बन टेट्राक्लोराइड
	ज़ाइलीन (ओ-, एम-, पी-)			tetrachlorethylene
	1,2,4-ट्राइमेथाइलोबेंजीन			हेक्साफ्लोरोएथेन
	एथिलबेन्जीन

*दक्षता प्रारंभिक सांद्रता, सापेक्ष आर्द्रता और ऑक्सीजन सामग्री पर निर्भर करती है।

जब हवा को आयनित किया जाता है, तो समान प्रक्रियाएं घटित होंगी, जिसमें द्विध्रुवी आयनों और मुक्त कणों द्वारा कार्बनिक यौगिकों का ऑक्सीकरण से लेकर मध्यवर्ती उप-उत्पाद और अंत में, कार्बन डाइऑक्साइड और पानी शामिल हैं। वायु आयनों से जुड़ी चार प्रतिक्रिया प्रक्रियाएं संभव हैं: (i) अन्य आयनों के साथ पुनर्संयोजन, (ii) गैस अणुओं के साथ प्रतिक्रिया, (iii) बड़े कणों से जुड़ाव, और (iv) सतह के साथ संपर्क। पहली दो प्रक्रियाएँ VOCs को हटाने में मदद कर सकती हैं; बाद वाले दो पार्टिकुलेट मैटर को हटाने में मदद कर सकते हैं।

एयर आयनाइज़र के संचालन का सिद्धांत

द्विध्रुवी वायु आयनकारक आवेशित अणु बनाते हैं। एक इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने या दान करने से, एक अणु ऋणात्मक या धनात्मक आवेश प्राप्त कर लेता है। वर्तमान में, तीन प्रकार की आयनीकरण प्रणालियों का उपयोग किया जाता है: फोटॉन, परमाणु और इलेक्ट्रॉनिक। फोटॉन आयनीकरण गैस अणुओं से इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकालने के लिए नरम एक्स-रे स्रोतों का उपयोग करता है। पोलोनियम-210 का उपयोग परमाणु आयनकारकों में किया जाता है; यह α-कणों के स्रोत के रूप में कार्य करता है, जो गैस अणुओं से टकराने पर इलेक्ट्रॉनों को बाहर निकाल देते हैं। जिन अणुओं में इलेक्ट्रॉन नष्ट हो जाते हैं वे धनात्मक आयन बन जाते हैं। तटस्थ गैस अणु जल्दी से इलेक्ट्रॉन ग्रहण कर लेते हैं और ऋणात्मक आयन बन जाते हैं। इस प्रकार के जनरेटर में उत्सर्जक सुइयां नहीं होती हैं, इसलिए जमाव कोई समस्या नहीं है। हालाँकि, सुरक्षा खतरों से बचने के लिए एक्स-रे और परमाणु स्रोतों को सावधानीपूर्वक स्थापित किया जाना चाहिए और हर समय निगरानी की जानी चाहिए।

इलेक्ट्रॉन आयनाइज़र या कोरोना डिस्चार्ज आयनाइज़र एक मजबूत विद्युत क्षेत्र बनाने के लिए उत्सर्जक टिप या ग्रिड पर लागू उच्च वोल्टेज का उपयोग करते हैं। यह क्षेत्र आस-पास के अणुओं के इलेक्ट्रॉनों के साथ संपर्क करता है और लागू वोल्टेज के समान ध्रुवता के आयन उत्पन्न करता है। इन आयोनाइजरों को लागू धारा के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया गया है: स्पंदित, प्रत्यक्ष धारा और प्रत्यावर्ती धारा। एसी आयनाइज़र द्विध्रुवी होते हैं; वे प्रत्येक चक्र के साथ वैकल्पिक रूप से नकारात्मक और सकारात्मक आयन उत्पन्न करते हैं। अन्य रसायनों का निर्माण धारा के प्रकार, मोड, एकध्रुवीय आयनों की सांद्रता, सकारात्मक और नकारात्मक आयनों का अनुपात और सापेक्ष आर्द्रता पर निर्भर करता है। एसी आयनाइज़र, इलेक्ट्रॉनिक आयनाइज़र का पहला प्रकार, अंतर्निहित वोल्टेज में उतार-चढ़ाव होता है, और उनके द्वारा उत्पादित विद्युत क्षेत्र सकारात्मक और नकारात्मक शिखर से गुज़रते हैं।

उत्पन्न वायु आयनों की मात्रा को चार्ज प्लेट रिकॉर्डर का उपयोग करके मापा जाता है। या ग्लास सबस्ट्रेट्स पर स्थैतिक क्षीणन को रिकॉर्ड करने के लिए इलेक्ट्रोस्टैटिक फ़ील्ड मीटर का उपयोग किया जा सकता है। आयन निगरानी आपको इष्टतम प्रदर्शन के लिए निर्दिष्ट संख्या में आयन उत्पन्न करने की अनुमति देती है।

विभिन्न प्रकार के इलेक्ट्रॉनिक एयर प्यूरीफायर के बीच अंतर करना महत्वपूर्ण है। एयर आयनाइज़र, इलेक्ट्रोस्टैटिक फिल्टर और ओजोन जनरेटर अक्सर संयुक्त होते हैं, लेकिन उनके ऑपरेटिंग मोड में स्पष्ट अंतर होते हैं।

एक वायु आयनीकरण प्रणाली में कई घटक होते हैं: वायु गुणवत्ता (वीओसी और पीएम) की निगरानी के लिए सेंसर, इलेक्ट्रॉनिक आयन निगरानी, ​​और आयनों की आवश्यक संख्या उत्पन्न करने के लिए आयनीकरण मॉड्यूल। औद्योगिक वायु आयनीकरण प्रणालियाँ एक आरामदायक जलवायु प्रदान करने, माइक्रोबियल संदूषण को कम करने और इनडोर वायु में अस्थिर और निलंबित घटकों को तोड़कर और/या समाप्त करके गंध को बेअसर करने के लिए स्वचालित रूप से आयनीकरण प्रक्रिया को नियंत्रित करती हैं। आयनीकरण वायु उपचार प्रणालियाँ सीधे एक बंद स्थान या केंद्रीय वेंटिलेशन वायु आपूर्ति प्रणाली में स्थापना के लिए डिज़ाइन की गई हैं। फिर हवा को सीधे घर के अंदर के वातावरण में छोड़ा जा सकता है, या बाहरी हवा के साथ मिश्रित होने के बाद वापस लौटाया जा सकता है।

किसी विशिष्ट स्थल पर आयनीकरण मॉड्यूल की नियुक्ति वीओसी और पीएम के स्रोतों और उनकी तीव्रता पर आधारित हो सकती है। संपूर्ण प्रवाह के उपचार के लिए आयनीकरण उपकरणों को सीधे एयर कंडीशनिंग इकाई की केंद्रीय इकाई में रखा जा सकता है। उन्हें केंद्रीय एचवीएसी (हीटिंग, वेंटिलेशन और एयर कंडीशनिंग) प्रणाली के मौजूदा डक्टवर्क डाउनस्ट्रीम में भी स्थापित किया जा सकता है। तत्काल जरूरतों को पूरा करने के लिए अलग-अलग कमरों में स्टैंड-अलोन आयनीकरण उपकरणों को रखना भी संभव है। इनडोर वायु गुणवत्ता में सुधार के लिए आयनीकरण प्रणाली के उचित संचालन के लिए सात कारकों के अनुकूलन की आवश्यकता होती है जो विशिष्ट स्थिति और आवश्यकताओं का वर्णन करते हैं। औद्योगिक वायु आयनाइज़र का संचालन करते समय, निम्नलिखित मापदंडों को नियंत्रित किया जाता है: आयन तीव्रता का वांछित स्तर, वायु प्रवाह शक्ति और कवरेज, आर्द्रता, वायु गुणवत्ता और ओजोन का पता लगाना।

चित्र 1. वायु आयनीकरण प्रक्रिया का आरेख।

प्रवाह सेंसर वॉल्यूमेट्रिक वायु प्रवाह (सीएफएम में) को मापता है। आर्द्रता सेंसर हवा में जलवाष्प की मात्रा को मापता है। वायु गुणवत्ता सेंसर आयनीकरण की सापेक्ष आवश्यकता निर्धारित करेगा। ये सेंसर या तो रिटर्न एयर डक्ट में या बाहरी वायु सेवन में स्थित हो सकते हैं। यह सुनिश्चित करने के लिए एक और वायु गुणवत्ता सेंसर (वैकल्पिक) स्थापित किया जा सकता है कि ओजोन का स्तर, जो उप-उत्पाद के रूप में कम मात्रा में उत्पन्न हो सकता है, निर्दिष्ट सीमा से नीचे है। एक अन्य प्रकार के सेंसर (वैकल्पिक भी) का उपयोग पार्टिकुलेट मैटर (पीएम) के कुछ अंशों के सापेक्ष स्तर को मापने के लिए किया जा सकता है जिन्हें आयनीकरण द्वारा हवा से हटाया जा सकता है। सेंसर से सिग्नल एक पीसी का उपयोग करके रिकॉर्ड किए जाते हैं। आयनीकरण प्रणाली की प्रतिक्रिया को कई वास्तविक समय ग्राफ़ के रूप में प्रदर्शित किया जाता है और बाद में उपयोग के लिए भी सहेजा जाता है। सभी जानकारी क्लाइंट को नियमित ब्राउज़र के माध्यम से नेटवर्क पर उपलब्ध होती है।

व्यावहारिक प्रयोग और वस्तु अध्ययन।

आयनीकरण प्रौद्योगिकियों का उपयोग विभिन्न क्षेत्रों में लंबे समय से किया जाता रहा है। अर्धचालक या नैनोमटेरियल के उत्पादन जैसे संवेदनशील प्रक्रिया संचालन में इलेक्ट्रोस्टैटिक डिस्चार्ज (वायु आयनों द्वारा चार्ज न्यूट्रलाइजेशन) का नियंत्रण बहुत महत्वपूर्ण है। हवा को शुद्ध करने के लिए आयनीकरण का उपयोग किया जाता है, जो आजकल विशेष रूप से महत्वपूर्ण है। वाष्पशील कार्बनिक यौगिक (वीओसी), गंध, प्रतिक्रियाशील ऑक्सीजन प्रजातियों द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं। वायु आयनों के संपर्क में आने पर तंबाकू का धुआं, पराग और धूल जैसे कण एक साथ चिपक जाते हैं। वायुजनित बैक्टीरिया और फफूंद निष्प्रभावी हो जाते हैं। अन्य लाभों में ऊर्जा की बचत शामिल है क्योंकि कंडीशनिंग के लिए बाहरी हवा का कम उपयोग किया जाता है, साथ ही इनडोर आराम में समग्र वृद्धि भी शामिल है। घरेलू और कार्यालय स्थानों में वायु गुणवत्ता में सुधार के लिए आयनीकरण प्रणाली स्थापित की गई है। इन्हें संस्थानों, वाणिज्यिक और औद्योगिक परिसरों में अस्थिर यौगिकों और निलंबित कणों को नियंत्रित करने के लिए भी स्थापित किया गया है। वास्तविक वस्तुओं पर किए गए प्रयोगों की एक छोटी सूची संभावित अनुप्रयोगों की विविधता को दर्शाती है (तालिका II)।

तालिका II. वायु आयनीकरण पर प्रयोगों की वस्तुएँ

एक वस्तु	जगह	आवेदन
इंजीनियरिंग सेंटर	बड़ा शहर	विशिष्ट वीओसी को हटाना
भुगतान केंद्र	अंतरराष्ट्रीय हवाई अड्डे	विमान का निकास हटाना
विंटेज होटल	शहर का केंद्र	ऊर्जा बचाएं, वायु गुणवत्ता में सुधार करें
आधुनिक होटल	अंतरराष्ट्रीय हवाई अड्डे	विमान का निकास हटाना
शॉपिंग मॉल	राजधानी का केंद्र	वीओसी नियंत्रण, ऊर्जा की बचत
संसद के सदन		गंध, वीओसी, कीटाणुओं का निराकरण
रेस्तरां परिसर	सेंट्रल स्क्वायर	रसोई की दुर्गंध को निष्क्रिय करना
अलग रेस्टोरेंट	शहर का केंद्र	रसोई की दुर्गंध और तंबाकू के धुएं को निष्क्रिय करना
मांस प्रसंस्करण संयंत्र	बड़ा शहर	हवा में रोगाणुओं का निष्प्रभावीकरण, कचरे से दुर्गंध
मांस/उत्पाद भंडारण	सुपरमार्केट	रसोई की गंध और कीटाणुओं का निराकरण
शारीरिक प्रयोगशाला	चिकित्सा विद्यालय	फॉर्मेल्डिहाइड हटाना
पैथोलॉजी प्रयोगशाला	अस्पताल	वर्ल्डओब्स को हटा रहा है
फुटबॉल क्रीडांगन	बड़ा शहर	गंधों का निराकरण
फर्नीचर फैक्टरी	औद्योगिक क्षेत्र	तम्बाकू का धुआं हटाना
प्रिंटिंग हाउस	छोटा शहर	स्वच्छ वाष्प को हटाना
सैलून	बड़ा शहर	वीओसी (नेल पॉलिश की गंध) हटाना
पशु प्रसंस्करण स्थान	अनुसंधान प्रयोगशाला	हवा में मौजूद दुर्गंध और कीटाणुओं को दूर करना

वायु आयनीकरण प्रणाली एक बहुमंजिला इमारत में कई सौ कर्मचारियों वाले एक बड़े इंजीनियरिंग केंद्र (सीमेंस एजी, बर्लिन) में स्थापित की गई थी। नौ अलग-अलग वर्गों के पदार्थों से संबंधित 59 विशिष्ट वीओसी के स्तर में कमी की मात्रा निर्धारित की गई (तालिका III)। प्रयोगात्मक अवधि के दौरान, आयनीकरण के साथ और बिना, सॉर्बेंट ट्यूबों में एकत्र किए गए नमूनों में गैस क्रोमैटोग्राफी-मास स्पेक्ट्रोस्कोपी (जीसी/एमएस) द्वारा वीओसी सामग्री निर्धारित की गई थी। हालाँकि वीओसी 31 और 59 पहले से ही पता लगाने योग्य सीमा से नीचे थे, लेकिन उनकी मात्रा इससे ऊपर नहीं बढ़ी। वीओसी की कुल मात्रा 50% कम कर दी गई। प्रारंभिक स्तर 112 µg/m 3 और लक्ष्य प्रदर्शन स्तर 300 µg/m 3 को ध्यान में रखते हुए ये उत्कृष्ट परिणाम हैं। पदार्थ 20 और 59 के स्तर में कमी आई, अन्य पदार्थों के स्तर में वृद्धि नहीं हुई। अपूर्ण आयनीकरण के उत्पादों के रूप में कोई नया वीओसी नहीं पाया गया।

इसके अलावा, प्रयोग के दौरान, कमरे में ओजोन स्तर को लगातार मापा गया, आयनीकरण के साथ और बिना आयनीकरण के। प्रयोग के महीने के दौरान औसत स्तर आयनीकरण के उपयोग के बिना 0.7 पीपीबीवी था, और अधिकतम मूल्य 5.8 पीपीबीवी था। इसकी तुलना 100 पीपीबीवी की नियामक सीमा से की जाती है। आयनीकरण के दौरान औसत स्तर 6.6 पीपीबीवी था, अधिकतम मूल्य 14.4 पीपीबीवी था। बाहरी ओजोन स्तर सीधे तौर पर नहीं मापा गया था, लेकिन संभावित सीमा 10-20 पीपीबीवी आंकी गई थी।

तालिका III. साइट ए: इंजीनियरिंग सेंटर (ए)।

अवयव (#)	बिना आयनीकरण के, μg/m 3	आयनीकरण के साथ, μg/m 3
सुगंधित यौगिक (20)
अल्केन्स (13)		4-1 या उससे कम
आइसोअल्केन्स (9)	4-1 या उससे कम
साइक्लोऐल्केन (3)
अल्कोहल (8)
केटोन्स (7)
एस्टर (3)
क्लोरीनयुक्त हाइड्रोकार्बन (9)	2-1 या उससे कम	2-1 या उससे कम
टेरपेन्स (5)	3-1 या उससे कम
कुल वीओसी (59)

एक अन्य प्रयोग एक बड़े अंतरराष्ट्रीय हवाई अड्डे (वीज़ा, ज्यूरिख) के पास एक भुगतान केंद्र में किया गया, जहां कार्यालय कर्मचारी विमान और जमीनी परिवहन से निकलने वाले धुएं के संपर्क में आते हैं। तीन वीओसी के स्तर को आयनीकरण के साथ और बिना आयनीकरण (तालिका IV) के मात्राबद्ध किया गया था। ईंधन के अधूरे दहन के कारण होने वाली हानिकारक गंध में उल्लेखनीय कमी आई।

तालिका IV. वस्तु बी. पर्यटक केंद्र.

विभिन्न अनुप्रयोगों में विशिष्ट संदूषकों के उन्मूलन पर मात्रात्मक परिणाम प्रदान करने के लिए वर्तमान में अन्य अध्ययन आयोजित किए जा रहे हैं। श्रमिकों और संयंत्र प्रबंधकों से वास्तविक साक्ष्य भी एकत्र किए जा रहे हैं जो धुएं और गंध में उल्लेखनीय कमी और इनडोर वायु गुणवत्ता में समग्र सुधार की रिपोर्ट करते हैं।

वायु आयनीकरण: हम कहाँ जा रहे हैं...

भौतिक बलों, एकत्रीकरण की स्थिति और द्रव्यमान का प्रभाव न केवल परिणाम पर, बल्कि एक प्रकार के पदार्थ को दूसरे में बदलने की विधि पर भी - रासायनिक परिवर्तन की स्थिति, संक्षेप में - एक रसायनज्ञ के लिए एक जरूरी समस्या है, जो हाल ही में प्रायोगिक तौर पर अध्ययन शुरू हुआ है। अनुसंधान की इस दिशा में कई कठिनाइयाँ हैं, लेकिन उनमें से सबसे महत्वपूर्ण यह है कि ऐसी प्रतिक्रिया खोजना मुश्किल है जो प्रकृति में सरल हो, उन पदार्थों के बीच होती है जिन्हें शुद्ध रूप में लिया जा सकता है, और ऐसे उत्पाद दे सकते हैं जिन्हें सटीक रूप से परिभाषित किया जा सके। .

वायु शुद्धिकरण प्रौद्योगिकियों में शामिल हैं: (I) भौतिक, (II) भौतिक रासायनिक, और/या (III) इलेक्ट्रॉनिक प्रक्रियाएं या उनका संयोजन (तालिका IV)। पीएम निस्पंदन में छिद्रपूर्ण या रेशेदार सामग्री पर कणों का भौतिक या यांत्रिक संग्रह शामिल होता है। निष्कासन तंत्र टकराव, अवसादन और प्रसार हैं। गैस चरण निस्पंदन में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की संभावित घटना के साथ एक ठोस सतह पर वीओसी का अवशोषण शामिल होता है। केमिसोर्बेंट्स को रासायनिक रूप से सक्रिय घटकों जैसे एसिड, बेस या कम करने वाले एजेंटों, या उत्प्रेरक या फोटोकैटलिटिक रूप से सक्रिय सामग्रियों के साथ संसेचित किया जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक एयर प्यूरीफायर को आयनीकरण प्रकार और ऑपरेटिंग मोड के आधार पर आगे वर्गीकृत किया जा सकता है। द्विध्रुवी वायु आयनीकरण उपकरण सबसे सरल हैं, जबकि अन्य प्लाज्मा और कोरोनरी डिस्चार्ज के विभिन्न प्रकारों का उपयोग करते हैं। ये उपकरण नकारात्मक और/या सकारात्मक आयनों के समूह उत्पन्न करते हैं। ये आयन पीएम को चार्ज करते हैं, जिससे फ़िल्टर करना आसान हो जाता है। क्लस्टर आयन भी रासायनिक रूप से प्रतिक्रिया करते हैं और वीओसी को नष्ट कर देते हैं। हालाँकि यह प्रक्रिया कई ज्ञात ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के समान है, फिर भी यह अधिक सूक्ष्म और जटिल है। इसे ठोस उत्प्रेरक की उपस्थिति के बिना कमरे के तापमान पर किया जा सकता है। एयर आयनाइज़र इलेक्ट्रोस्टैटिक प्रीसिपिटेटर्स से इस मायने में भिन्न होते हैं कि पीएम विद्युत चार्ज सतह के संपर्क के बजाय वायु आयनों के सीधे संपर्क के माध्यम से विद्युत चार्ज प्राप्त करता है। एयर आयनाइज़र भी ओजोन जेनरेटर से भिन्न होते हैं क्योंकि सक्रिय कण ओजोन के बजाय नकारात्मक या सकारात्मक आयनों के समूह होते हैं, जिसका स्तर स्वास्थ्य कारणों से इनडोर वायु में नियंत्रित होता है।

एयर आयनीकरण तकनीक, हालांकि अच्छी तरह से विकसित है, अब केवल वीओसी और पीएम के लिए वायु शुद्धिकरण में आवेदन पा रही है, जिसमें संवेदनशील प्रक्रिया संचालन में ईएसडी नियंत्रण से लेकर खतरनाक वायु प्रदूषकों के विनाश तक शामिल है। संबंधित प्रौद्योगिकियों में स्पंदित कोरोना रिएक्टरों और अन्य गैर-थर्मल प्लाज्मा उपकरणों में ऑक्सीकरण शामिल है। आयनीकरण वायु शोधन के कई लाभ हैं: संभावित खतरनाक वीओसी और पीएम का विनाश, रूपांतरण और उन्मूलन; संवहन प्रौद्योगिकियों (निस्पंदन और सोखना) का विस्तारित और बेहतर प्रदर्शन; कम ऊर्जा खपत; इनडोर सतहों पर न्यूनतम पीएम जमा; कम खतरनाक अभिकर्मक और उप-उत्पाद; और स्वास्थ्य में सुधार की संभावना।

तालिका V. वायु शोधन प्रणालियों की तुलना

	द्विध्रुवी वायु आयनीकरण	ओजोन पीढ़ी	इलेक्ट्रोस्टैटिक धूल संग्रह	गैस चरण निस्पंदन	छानने का काम
संचालन	इलेक्ट्रोनिक	इलेक्ट्रोनिक	इलेक्ट्रोनिक	भौतिक	भौतिक
	मौन मुक्ति	बैरियर डिस्चार्ज	उच्च वोल्टेज जाल और प्लेट	चयनात्मक व्यथा और प्रतिक्रियाएँ	फ्लैट, प्लीटेड फिल्टर, वीईवीएफ
	(+) और (-) आयनों की उत्पत्ति	ओजोन पीढ़ी	निलंबित कणों का आवेश	व्यथा और प्रतिक्रिया	छिद्रपूर्ण सतह पर कणों का जमाव
सक्रिय कण	द्विध्रुवी आयन और रेडिकल (O 2 .-)		आवेशित कण	व्यथा और प्रतिक्रिया के स्थान	बड़ा सतह क्षेत्र
उत्पादों	सीओ 2, एच 2 ओ, बढ़े हुए कण	CO2, H2O, O3	बढ़े हुए कण	वीओसी की मात्रा कम करना	पीएम की मात्रा कम करना
सह-उत्पाद	न्यूनतम मात्रा, O3, यदि नियंत्रित नहीं है	O3 की महत्वपूर्ण मात्रा,	ओ3 यदि नियमित रूप से सफाई न की जाए	प्रदूषक के साथ कूड़े का प्रयोग किया	प्रदूषकों के साथ प्रयुक्त फिल्टर
अपने स्वास्थ्य का ख्याल रखना	सीमा ओ 3	ओजोन एक्सपोज़र	उच्च वोल्टेज और ओजोन के संपर्क में	संचय, भण्डारण, निपटान	गंदे फिल्टर हटाना
	रासायनिक ऑक्सीकरण	रासायनिक ऑक्सीकरण	पीएम को वीओसी की आपूर्ति	सोखना/अवशोषण
	आसंजन		प्लेटों पर संचय	कूड़े में जमा होना	संघनन, अवसादन, प्रसार
	ऑक्सीकरण	ऑक्सीकरण		सोखना/अवशोषण
	क्रियाशीलता छोड़ना	क्रियाशीलता छोड़ना	मुश्किल से		मुश्किल से
नियंत्रण	मांग पर आयन	लगातार पीढ़ी	प्रक्रिया डिजाइन	प्रक्रिया डिजाइन	प्रक्रिया डिजाइन
कीमत			मध्यम	एमएमएचजी कला। किलोग्राम। किलोग्राम। डब्ल्यू = किग्रा/घंटा ह्यूमिडिफ़ायर का प्रदर्शन

परमाणु की चुंबकीय विशेषताएँ

इलेक्ट्रॉन का अपना है चुंबकीय पल, जिसे लागू चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर या विपरीत दिशा में परिमाणित किया जाता है। यदि एक ही कक्षा में रहने वाले दो इलेक्ट्रॉन विपरीत दिशा में स्पिन करते हैं (पॉली सिद्धांत के अनुसार), तो वे एक दूसरे को रद्द कर देते हैं। इस मामले में हम कहते हैं कि इलेक्ट्रॉन बनती. केवल युग्मित इलेक्ट्रॉनों वाले परमाणु चुंबकीय क्षेत्र से बाहर धकेल दिए जाते हैं। ऐसे परमाणु कहलाते हैं प्रति-चुंबकीय. जिन परमाणुओं में एक या अधिक अयुग्मित इलेक्ट्रॉन होते हैं वे चुंबकीय क्षेत्र में खींचे जाते हैं। Οʜᴎ प्रतिचुम्बकीय कहलाते हैं।

एक परमाणु का चुंबकीय क्षण, जो एक चुंबकीय क्षेत्र के साथ एक परमाणु की बातचीत की तीव्रता को दर्शाता है, व्यावहारिक रूप से अयुग्मित इलेक्ट्रॉनों की संख्या के समानुपाती होता है।

विभिन्न तत्वों के परमाणुओं की इलेक्ट्रॉनिक संरचना की विशेषताएं आयनीकरण ऊर्जा और इलेक्ट्रॉन आत्मीयता जैसी ऊर्जा विशेषताओं में परिलक्षित होती हैं।

किसी परमाणु के आयनीकरण की ऊर्जा (क्षमता)। ई मैंसमीकरण के अनुसार एक परमाणु से अनंत तक एक इलेक्ट्रॉन को निकालने के लिए आवश्यक न्यूनतम ऊर्जा है

एक्स = एक्स + + इ −

इसका मान आवर्त सारणी के सभी तत्वों के परमाणुओं के लिए जाना जाता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन परमाणु की आयनीकरण ऊर्जा 1 से एक इलेक्ट्रॉन के संक्रमण से मेल खाती है एस-ऊर्जा उपस्तर (−1312.1 kJ/mol) शून्य ऊर्जा के साथ उपस्तर तक और +1312.1 kJ/mol के बराबर है।

परमाणुओं के एक इलेक्ट्रॉन को हटाने के अनुरूप पहली आयनीकरण क्षमता में परिवर्तन में, बढ़ती परमाणु संख्या के साथ आवधिकता स्पष्ट रूप से व्यक्त की जाती है:

चित्र 13

एक अवधि में बाएं से दाएं जाने पर, आयनीकरण ऊर्जा, आम तौर पर बोलती है, धीरे-धीरे बढ़ती है; समूह के भीतर परमाणु संख्या में वृद्धि के साथ, यह घट जाती है। क्षार धातुओं में प्रथम आयनीकरण क्षमता न्यूनतम होती है, और उत्कृष्ट गैसों में अधिकतम होती है।

एक ही परमाणु के लिए, दूसरे, तीसरे और बाद के आयनीकरण ऊर्जा हमेशा बढ़ती हैं, क्योंकि एक इलेक्ट्रॉन को सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयन से अलग करना पड़ता है। उदाहरण के लिए, लिथियम परमाणु के लिए, पहली, दूसरी और तीसरी आयनीकरण ऊर्जाएँ क्रमशः 520.3, 7298.1 और 11814.9 kJ/mol हैं।

इलेक्ट्रॉन अमूर्तन का क्रम आमतौर पर न्यूनतम ऊर्जा के सिद्धांत के अनुसार कक्षाओं को इलेक्ट्रॉनों से भरने का विपरीत क्रम होता है। इस मामले में, जो तत्व आबाद हैं डी-ऑर्बिटल्स अपवाद हैं - सबसे पहले, वे हारते नहीं हैं डी-, ए एस-इलेक्ट्रॉन।

- आयनीकरण ऊर्जा

परमाणु की चुंबकीय विशेषताएं एक इलेक्ट्रॉन का अपना चुंबकीय क्षण होता है, जिसे लागू चुंबकीय क्षेत्र के समानांतर या विपरीत दिशा में परिमाणित किया जाता है। यदि एक ही कक्षा में रहने वाले दो इलेक्ट्रॉनों में विपरीत स्पिन होते हैं... [और पढ़ें]

- आयनीकरण ऊर्जा

आयनीकरण प्रक्रिया को योजना द्वारा व्यक्त किया गया है: E - n En+। इसके अलावा, आयनीकरण कई बार हो सकता है। किसी परमाणु का आयनीकरण एक परमाणु की इलेक्ट्रॉन छोड़ने और ऑक्सीकरण से गुजरने की क्षमता निर्धारित करता है। यह गुण (आयनीकरण) रासायनिक बंधन की प्रकृति और शक्ति को निर्धारित करता है। प्रक्रिया... [और पढ़ें]

- परमाणुओं की आयनीकरण ऊर्जा।

परमाणु के लक्षण. स्व-सत्यापन भाषणों के लिए बिजली की आपूर्ति जो आयनों में विघटित नहीं होती हैं और विद्युत प्रवाह का संचालन नहीं करती हैं उन्हें गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स कहा जाता है। इलेक्ट्रोलाइट्स और गैर-इलेक्ट्रोलाइट्स जाहिरा तौर पर, कुचल या पिघला हुआ में कुछ शब्द हैं... [और पढ़ें]

- तत्वों के परमाणुओं के गुणों में परिवर्तन की आवधिक प्रकृति: त्रिज्या, आयनीकरण ऊर्जा, इलेक्ट्रॉन आत्मीयता ऊर्जा, सापेक्ष इलेक्ट्रोनगेटिविटी।

किसी परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा विशेषताओं का वर्णन करने के लिए, चार क्वांटम संख्याओं के मूल्यों को इंगित करना आवश्यक है: मुख्य, द्वितीयक, चुंबकीय और स्पिन क्वांटम संख्याएँ। आइए उन्हें अलग से देखें। 1) मुख्य क्वांटम संख्या "एन" एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन की ऊर्जा को दर्शाती है,...