Elektron berpasangan

Jika terdapat satu elektron dalam suatu orbital, disebut tidak berpasangan, dan jika ada dua, maka ini elektron berpasangan.

Empat bilangan kuantum n, l, m, m s sepenuhnya mencirikan keadaan energi elektron dalam sebuah atom.

Ketika mempertimbangkan struktur kulit elektron atom multielektron dari berbagai unsur, tiga ketentuan utama perlu diperhatikan:

· Prinsip Pauli,

· Prinsip energi terkecil,

aturan Hund.

Berdasarkan Prinsip Pauli Sebuah atom tidak dapat memiliki dua elektron dengan nilai keempat bilangan kuantum yang sama.

Prinsip Pauli menentukan jumlah maksimum elektron dalam satu orbital, level dan sublevel. Karena AO dicirikan oleh tiga bilangan kuantum N, aku, M, maka elektron-elektron suatu orbital tertentu hanya dapat berbeda pada bilangan kuantum spinnya MS. Tapi putaran bilangan kuantum MS hanya dapat memiliki dua nilai + 1/2 dan – 1/2. Akibatnya, satu orbital tidak boleh memuat lebih dari dua elektron dengan nilai bilangan kuantum spin yang berbeda.

Beras. 4.6. Kapasitas maksimum satu orbital adalah 2 elektron.

Jumlah maksimum elektron pada suatu tingkat energi didefinisikan sebagai 2 N 2 , dan di sublevel – seperti 2(2 aku+ 1). Jumlah maksimum elektron yang terletak pada level dan sublevel yang berbeda diberikan dalam Tabel. 4.1.

Tabel 4.1.

Jumlah maksimum elektron pada level dan sublevel kuantum

Tingkat energi	Subtingkat energi	Kemungkinan nilai bilangan kuantum magnetik M	Jumlah orbital per	Jumlah maksimum elektron per
subtingkat	tingkat	subtingkat	tingkat
K (N=1)	S (aku=0)
L (N=2)	S (aku=0) P (aku=1)	–1, 0, 1
M (N=3)	S (aku=0) P (aku=1) D (aku=2)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2
N (N=4)	S (aku=0) P (aku=1) D (aku=2) F (aku=3)	–1, 0, 1 –2, –1, 0, 1, 2 –3, –2, –1, 0, 1, 2, 3

Urutan pengisian orbital dengan elektron dilakukan sesuai dengan prinsip energi terkecil .

Berdasarkan prinsip energi terkecil, elektron mengisi orbital berdasarkan kenaikan energinya.

Urutan pengisian orbital ditentukan Aturan Klechkovsky: peningkatan energi dan, karenanya, pengisian orbital terjadi dalam urutan peningkatan jumlah bilangan kuantum utama dan orbital (n + l), dan jika jumlahnya sama (n + l) - dalam urutan peningkatan bilangan pokok utama bilangan kuantum n.

Misalnya, energi elektron pada sublevel 4s lebih kecil dibandingkan energi pada sublevel 3 D, karena dalam kasus pertama jumlahnya N+ l = 4 + 0 = 4 (ingat bahwa untuk S-nilai sublevel bilangan kuantum orbital aku= = 0), dan yang kedua N+ aku = 3 + 2= 5 ( D- subtingkat, aku= 2). Oleh karena itu, sublevel 4 diisi terlebih dahulu S, dan kemudian 3 D(lihat Gambar 4.8).

Pada 3 sublevel D (N = 3, aku = 2) , 4R (N = 4, aku= 1) dan 5 S (N = 5, aku= 0) jumlah nilai P Dan aku identik dan sama dengan 5. Jika nilai jumlahnya sama N Dan aku sublevel dengan nilai minimum diisi terlebih dahulu N, yaitu. subtingkat 3 D.

Sesuai dengan aturan Klechkovsky, energi orbital atom meningkat secara deret:

1S < 2S < 2R < 3S < 3R < 4S < 3D < 4R < 5S < 4D < 5P < 6S < 5D »

"4 F < 6P < 7S….

Tergantung pada sublevel mana dalam atom yang terakhir diisi, semua unsur kimia dibagi menjadi 4 keluarga elektronik : elemen s-, p-, d-, f.

4F

4 4d

3 4 detik

3P

3S

1 2S

Tingkatan Subtingkat

Beras. 4.8. Energi orbital atom.

Unsur-unsur yang atom-atomnya terakhir mengisi subtingkat s pada tingkat terluar disebut s-elemen . kamu S-elemen valensi adalah elektron s pada tingkat energi terluar.

kamu elemen p Sublapisan p dari lapisan luar diisi terakhir. Elektron valensinya terletak di P- Dan S-sub-level dari tingkat eksternal. kamu D-elemen diisi terakhir D-sublevel dari tingkat praeksternal dan valensi adalah S-elektron eksternal dan D-elektron dari tingkat energi pra-eksternal.

kamu f-elemen terakhir untuk diisi F-sublevel dari tingkat energi luar ketiga.

Urutan penempatan elektron dalam satu sublevel ditentukan Aturan Hund:

dalam sublevel, elektron ditempatkan sedemikian rupa sehingga jumlah bilangan kuantum spinnya memiliki nilai absolut maksimum.

Dengan kata lain, orbital suatu sublevel tertentu diisi terlebih dahulu oleh satu elektron dengan nilai bilangan kuantum spin yang sama, dan kemudian oleh elektron kedua dengan nilai yang berlawanan.

Misalnya, jika perlu untuk mendistribusikan 3 elektron dalam tiga sel kuantum, maka masing-masing elektron akan ditempatkan di sel yang terpisah, yaitu. menempati orbital terpisah:

∑MS= ½ – ½ + ½ = ½.

Urutan distribusi elektron antar tingkat energi dan sublevel pada kulit atom disebut konfigurasi elektroniknya, atau rumus elektroniknya. Menulis konfigurasi elektronik nomor tingkat energi (bilangan kuantum utama) ditandai dengan angka 1, 2, 3, 4..., sublevel (bilangan kuantum orbital) – dengan huruf S, P, D, F. Jumlah elektron pada suatu sublevel ditunjukkan dengan angka yang ditulis di bagian atas simbol sublevel.

Konfigurasi elektron suatu atom dapat digambarkan sebagai apa yang disebut rumus grafik elektron. Ini adalah diagram susunan elektron dalam sel kuantum, yang merupakan representasi grafis dari orbital atom. Setiap sel kuantum dapat berisi tidak lebih dari dua elektron dengan bilangan kuantum spin berbeda.

Untuk membuat rumus elektronik atau grafik elektronik untuk elemen apa pun, Anda harus mengetahui:

1. Nomor seri elemen, mis. muatan inti dan jumlah elektron yang sesuai dalam atom.

2. Nomor periode, yang menentukan jumlah tingkat energi atom.

3. Bilangan kuantum dan hubungan antarnya.

Misalnya atom hidrogen dengan nomor atom 1 mempunyai 1 elektron. Hidrogen merupakan unsur periode pertama, sehingga satu-satunya elektron yang menempati tingkat energi pertama S-orbital yang mempunyai energi paling rendah. Rumus elektronik atom hidrogen adalah:

1 N 1 S 1 .

Rumus grafik elektronik hidrogen akan terlihat seperti:

Rumus elektronik dan grafik elektron atom helium:

2 Bukan 1 S 2

2 Bukan 1 S

mencerminkan kelengkapan cangkang elektronik, yang menentukan stabilitasnya. Helium merupakan gas mulia yang memiliki ciri kestabilan kimia (inertness) yang tinggi.

Atom litium 3 Li mempunyai 3 elektron, merupakan unsur periode II yang artinya elektron-elektron tersebut terletak pada 2 tingkat energi. Dua elektron terisi S- sublevel dari tingkat energi pertama dan elektron ke-3 terletak di S- sublevel dari tingkat energi kedua:

3 Li 1 S 2 2S 1

Valensi I

Atom litium memiliki elektron yang terletak di 2 S-sublevel, terikat lebih erat pada inti dibandingkan elektron pada tingkat energi pertama, oleh karena itu, dalam reaksi kimia, atom litium dapat dengan mudah melepaskan elektron ini, berubah menjadi ion Li+ ( dan dia -partikel bermuatan listrik ). Dalam hal ini, ion litium memperoleh cangkang lengkap yang stabil dari gas mulia helium:

3 Li + 1 S 2 .

Perlu dicatat bahwa, jumlah elektron yang tidak berpasangan (tunggal) menentukan valensi elemen , yaitu. kemampuannya untuk membentuk ikatan kimia dengan unsur lain.

Jadi, atom litium memiliki satu elektron tidak berpasangan, yang menentukan valensinya sama dengan satu.

Rumus elektronik atom berilium:

4 Menjadi 1s 2 2s 2 .

Rumus grafik elektron atom berilium:

2 Valensi terutama

Negara adalah 0

Berilium memiliki elektron sublevel 2 yang lebih mudah lepas dibandingkan yang lain. S 2, membentuk ion Be +2:

Dapat diketahui bahwa atom helium dan ion litium 3 Li+ dan berilium 4 Be+2 mempunyai struktur elektronik yang sama, yaitu dikarakterisasi struktur isoelektronik.

Struktur atom menentukan jari-jarinya, energi ionisasi, afinitas elektron, keelektronegatifan, dan parameter atom lainnya. Kulit elektron atom menentukan sifat optik, listrik, magnet, dan yang paling penting sifat kimia atom dan molekul, serta sebagian besar sifat padatan.

Karakteristik magnetik atom

Elektron memiliki miliknya sendiri momen magnetik, yang dikuantisasi dalam arah sejajar atau berlawanan dengan medan magnet yang diterapkan. Jika dua elektron yang menempati orbital yang sama memiliki spin yang berlawanan (menurut prinsip Pauli), maka keduanya akan saling menghilangkan. Dalam hal ini kita katakan bahwa elektron berpasangan. Atom yang hanya mempunyai pasangan elektron akan terdorong keluar medan magnet. Atom yang demikian disebut diamagnetik. Atom yang memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan ditarik ke dalam medan magnet. Mereka disebut diamagnetik.

Momen magnet suatu atom, yang mencirikan intensitas interaksi suatu atom dengan medan magnet, praktis sebanding dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan.

Ciri-ciri struktur elektronik atom berbagai unsur tercermin dalam karakteristik energi seperti energi ionisasi dan afinitas elektron.

Energi ionisasi

Energi (potensial) ionisasi suatu atom E Saya adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu atom hingga tak terhingga menurut persamaan

X = X++ e −

Nilainya diketahui untuk atom semua unsur dalam Tabel Periodik. Misalnya, energi ionisasi atom hidrogen berhubungan dengan transisi elektron dari 1 S-sublevel energi (−1312,1 kJ/mol) ke sublevel dengan energi nol dan sama dengan +1312,1 kJ/mol.

Dalam perubahan potensial ionisasi pertama yang berhubungan dengan pelepasan satu elektron atom, periodisitas dinyatakan dengan jelas dengan meningkatnya nomor atom:

Ketika bergerak dari kiri ke kanan dalam satu periode, energi ionisasi, secara umum, meningkat secara bertahap; dengan peningkatan nomor atom dalam satu golongan, energi tersebut menurun. Logam alkali mempunyai potensi ionisasi pertama yang minimum, dan gas mulia memiliki potensi ionisasi maksimum.

Untuk atom yang sama, energi ionisasi kedua, ketiga dan selanjutnya selalu meningkat, karena elektron harus dikeluarkan dari ion bermuatan positif. Misalnya, untuk atom litium, energi ionisasi pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut adalah 520,3, 7298,1, dan 11814,9 kJ/mol.

Urutan abstraksi elektron biasanya merupakan urutan kebalikan dari pengisian orbital dengan elektron sesuai dengan prinsip energi minimum. Namun, unsur-unsur yang dihuni D-orbital adalah pengecualian - pertama-tama, mereka tidak kalah D-, A S-elektron.

Afinitas elektron

Afinitas elektron atom A e adalah kemampuan atom untuk mengikat elektron tambahan dan berubah menjadi ion negatif. Ukuran afinitas elektron adalah energi yang dilepaskan atau diserap. Afinitas elektron sama dengan energi ionisasi ion negatif X −:

X− = X+ e −

Atom halogen mempunyai afinitas elektron paling besar. Misalnya, untuk atom fluor, penambahan elektron disertai dengan pelepasan energi sebesar 327,9 kJ/mol. Untuk sejumlah unsur, afinitas elektronnya mendekati nol atau negatif, yang berarti tidak adanya anion yang stabil untuk unsur tersebut.

Biasanya, afinitas elektron atom berbagai unsur menurun seiring dengan peningkatan energi ionisasinya. Namun, terdapat pengecualian untuk beberapa pasangan elemen:

Elemen	ESaya, kJ/mol	A e, kJ/mol
F	1681	−238
Kl	1251	−349
N	1402	7
P	1012	−71
HAI	1314	−141
S	1000	−200

Penjelasan mengenai hal ini dapat diberikan berdasarkan ukuran atom pertama yang lebih kecil dan gaya tolak menolak elektron-elektron yang lebih besar di dalamnya.

Keelektronegatifan

Keelektronegatifan mencirikan kemampuan atom suatu unsur kimia untuk menggeser awan elektron ke arahnya ketika membentuk ikatan kimia (menuju unsur dengan keelektronegatifan lebih tinggi). Fisikawan Amerika Mulliken mengusulkan untuk mendefinisikan elektronegativitas sebagai rata-rata aritmatika antara potensial ionisasi dan afinitas elektron:

χ = 1/2 ( ESaya + A e)

Kesulitan dalam menggunakan metode ini adalah tidak diketahuinya afinitas elektron pada semua unsur.

Penemuan radioaktivitas menegaskan kompleksitas struktur tidak hanya atom, tetapi juga intinya. Pada tahun 1903, E. Rutherford dan F. Soddy mengajukan teori peluruhan radioaktif, yang secara radikal mengubah pandangan lama tentang struktur atom. Menurut teori ini, unsur radioaktif meluruh secara spontan, melepaskan partikel α atau β dan membentuk atom unsur baru yang secara kimia berbeda dari unsur aslinya. Pada saat yang sama, kestabilan massa baik atom asli maupun atom yang terbentuk akibat proses peluruhan tetap terjaga. E. Rutherford pada tahun 1919 adalah orang pertama yang mempelajari transformasi inti buatan. Selama pemboman atom nitrogen dengan partikel α, ia mengisolasi inti atom hidrogen (proton) dan atom nuklida oksigen. Transformasi semacam itu disebut reaksi nuklir, karena dari inti atom suatu unsur diperoleh inti atom unsur lain. Reaksi nuklir ditulis menggunakan persamaan. Dengan demikian, reaksi nuklir yang dibahas di atas dapat dituliskan sebagai berikut:

Fenomena radioaktivitas dapat didefinisikan dengan menggunakan konsep isotop: radioaktivitas adalah transformasi inti atom tidak stabil suatu unsur kimia menjadi inti atom unsur lain, yang disertai dengan pelepasan partikel elementer. Radioaktivitas yang ditunjukkan oleh isotop unsur-unsur yang ada di alam disebut radioaktivitas alami. Laju transformasi radioaktif berbeda untuk isotop yang berbeda. Hal ini ditandai dengan konstanta peluruhan radioaktif, yang menunjukkan berapa banyak atom nuklida radioaktif yang meluruh dalam 1 s. Telah ditetapkan bahwa jumlah atom nuklida radioaktif yang meluruh per satuan waktu sebanding dengan jumlah total atom nuklida tersebut dan bergantung pada nilai konstanta peluruhan radioaktif. Misalnya, jika dalam suatu periode tertentu setengah dari jumlah total atom nuklida radioaktif meluruh, maka pada periode berikutnya setengah dari sisanya akan meluruh, yaitu setengahnya dari periode sebelumnya, dan seterusnya.

Umur nuklida radioaktif dicirikan oleh waktu paruhnya, yaitu periode waktu di mana setengah dari jumlah awal nuklida tersebut meluruh. Misalnya, waktu paruh Radon adalah 3,85 hari, Radium - 1620 tahun, Uranium - 4,5 miliar tahun. Jenis transformasi radioaktif berikut diketahui: peluruhan α, peluruhan β, fisi nuklir spontan (tidak disengaja). Jenis transformasi radioaktif ini disertai dengan pelepasan partikel α, elektron, positron, dan sinar γ. Dalam proses peluruhan α, inti atom unsur radioaktif melepaskan inti atom Helium, akibatnya muatan inti atom unsur radioaktif asli berkurang dua satuan, dan muatan inti atom unsur radioaktif asli berkurang dua satuan. nomor massa sebanyak empat. Misalnya, transformasi atom Radium menjadi atom Radon dapat ditulis dengan persamaan

Reaksi nuklir peluruhan β yang disertai pelepasan elektron, positron, atau masuknya elektron orbital juga dapat ditulis dengan persamaan

dimana e adalah elektron; hν - kuantum radiasi; ν o - antineutrino (partikel elementer yang massa diam dan muatannya sama dengan nol).

Kemungkinan peluruhan β disebabkan oleh fakta bahwa, sesuai dengan konsep modern, neutron, dalam kondisi tertentu, dapat berubah menjadi proton, melepaskan elektron dan antineutrino. Proton dan neutron adalah dua keadaan dari partikel inti yang sama - nukleon. Proses ini dapat diwakili oleh diagram

Neutron -> Proton + Elektron + Antineutrino

Selama peluruhan β atom suatu unsur radioaktif, salah satu neutron yang merupakan bagian dari inti atom melepaskan elektron dan antineutrino, berubah menjadi proton. Dalam hal ini, muatan positif inti bertambah satu. Jenis peluruhan radioaktif ini disebut peluruhan elektron (β - peluruhan). Jadi, jika inti atom suatu unsur radioaktif melepaskan satu partikel α, maka akibatnya adalah inti atom unsur baru dengan jumlah proton lebih sedikit dua unit, dan ketika partikel β dilepaskan, maka inti atom suatu unsur radioaktif akan melepaskan satu partikel α. atom baru diperoleh dengan jumlah proton yang lebih besar dari jumlah proton aslinya. Inilah inti dari hukum perpindahan Soddy-Fajans. Inti atom dari beberapa isotop tidak stabil dapat melepaskan partikel yang bermuatan positif +1 dan massa mendekati massa elektron. Partikel ini disebut positron. Jadi, kemungkinan konversi proton menjadi neutron sesuai dengan diagram:

Proton → Neutron + Positron + Neutrino

Transformasi proton menjadi neutron hanya diamati jika ketidakstabilan inti disebabkan oleh kelebihan kandungan proton di dalamnya. Kemudian salah satu proton berubah menjadi neutron, dan positron serta neutrino yang muncul dalam hal ini terbang melampaui batas inti; muatan inti berkurang satu. Jenis peluruhan radioaktif ini disebut peluruhan positron (β+-peluruhan). Jadi, akibat peluruhan β inti atom suatu unsur radioaktif, diperoleh atom unsur yang bergeser satu tempat ke kanan (peluruhan β) atau ke kiri (peluruhan β+) dari unsur radioaktif aslinya. Penurunan muatan inti suatu atom radioaktif sebesar satu dapat disebabkan tidak hanya oleh peluruhan β+, tetapi juga oleh tarikan elektron, akibatnya salah satu elektron dari bola elektron yang paling dekat dengan inti ditangkap oleh inti. . Elektron dengan salah satu proton inti membentuk neutron: e - + p → n

Teori struktur inti atom dikembangkan pada tahun 30-an abad XX. Ilmuwan Ukraina D.D. Ivanenko dan E.M. Gapon, serta ilmuwan Jerman W. Heisenberg. Menurut teori ini, inti atom terdiri dari proton bermuatan positif dan neutron yang netral secara listrik. Massa relatif partikel elementer ini hampir sama (massa proton 1,00728, massa neutron 1,00866). Proton dan neutron (nukleon) terkandung di dalam inti oleh gaya nuklir yang sangat kuat. Gaya nuklir hanya bekerja pada jarak yang sangat kecil - sekitar 10 -15 m.

Energi yang dilepaskan selama pembentukan inti dari proton dan neutron disebut energi ikat inti dan mencirikan kestabilannya.



dan materi partikulat tersuspensi halus (PM)

Proses ionisasi udara yang terkendali menghasilkan penurunan jumlah mikroba yang signifikan, netralisasi bau, dan penurunan kandungan beberapa senyawa organik yang mudah menguap (VOC) di udara dalam ruangan. Efisiensi menghilangkan padatan tersuspensi kecil (debu) menggunakan filter efisiensi tinggi juga ditingkatkan dengan menggunakan ionisasi udara. Proses ionisasi melibatkan pembentukan ion udara, termasuk superoksida O2.- (ion radikal diatomik oksigen), yang dengan cepat bereaksi dengan VOC di udara dan bahan partikulat tersuspensi (PM). Pentingnya kimia ionisasi udara dan potensinya untuk meningkatkan kualitas udara dalam ruangan secara signifikan dibahas dengan menggunakan contoh eksperimental spesifik. .

Fenomena ionisasi yang terkait dengan ion, radikal, dan molekul yang aktif secara kimia ditemukan di berbagai bidang meteorologi, klimatologi, kimia, fisika, teknologi, fisiologi, dan kebersihan kerja. Perkembangan terkini dalam ionisasi udara buatan, ditambah dengan meningkatnya minat untuk menghilangkan VOC dan PM dari udara, telah memunculkan perkembangan teknologi canggih untuk meningkatkan kualitas udara dalam ruangan.Artikel ini memberikan pemahaman tentang sifat fisik dan kimia ion udara dan kemudian menjelaskan penggunaan ionisasi untuk memurnikan udara, dan menghilangkan VOC dan PM darinya.

SIFAT FISIK ION UDARA.

Sebagian besar materi di alam semesta terionisasi. Di ruang hampa yang dalam, atom dan molekul berada dalam keadaan energi tereksitasi dan memiliki muatan listrik. Sedangkan di bumi dan atmosfer bumi sebagian besar materinya tidak terionisasi. Sumber energi yang cukup kuat diperlukan untuk ionisasi dan pemisahan muatan. Ini dapat berasal dari alam atau buatan (antropogenik), dan dapat dilepaskan sebagai akibat dari proses nuklir, termal, listrik atau kimia. Beberapa sumber energi adalah: radiasi kosmik, radiasi pengion (nuklir) dari sumber terestrial, radiasi ultraviolet, muatan dari gesekan angin, peluruhan tetesan air (air terjun, hujan), pelepasan listrik (petir), pembakaran (kebakaran, pancaran gas yang terbakar, mesin) dan medan listrik yang kuat (corona debit).

Pengaruh manusia terhadap jumlah ion di lingkungan:

● Selama proses pembakaran, ion dan partikel tersuspensi terbentuk secara bersamaan. Yang terakhir, biasanya, menyerap ion, misalnya, saat merokok atau membakar lilin.

● Di dalam ruangan, perabotan sintetis dan ventilasi buatan dapat mengurangi jumlah partikel bermuatan di udara.

● Saluran listrik menghasilkan aliran ion; tampilan video menyebabkan penurunan jumlahnya.

● Perangkat khusus menghasilkan ion untuk memurnikan udara atau menetralkan muatannya.

Perangkat yang dirancang khusus untuk ionisasi udara buatan lebih dapat dikontrol dibandingkan proses alami. Perkembangan terbaru dalam generator ion besar telah mengarah pada ketersediaan komersial modul hemat energi yang mampu menghasilkan ion yang diinginkan secara terkendali dengan jumlah produk sampingan minimal seperti ozon. Generator ion telah menemukan aplikasi dalam mengendalikan muatan permukaan statis. Mesin ionisasi udara (generator ion) semakin banyak digunakan untuk memurnikan udara dalam ruangan.

Ionisasi adalah proses atau hasil dari proses dimana atom atau molekul yang netral secara listrik memperoleh muatan positif atau negatif. Ketika sebuah atom menyerap energi berlebih, terjadi ionisasi, menghasilkan elektron bebas dan atom bermuatan positif. Istilah “ion udara” secara luas mengacu pada semua partikel udara yang mempunyai muatan listrik dan pergerakannya bergantung pada medan listrik.

Transformasi kimia ion udara, baik yang terjadi secara alami maupun buatan, bergantung pada komposisi lingkungan, terutama pada jenis dan konsentrasi pengotor gas. Terjadinya reaksi spesifik bergantung pada sifat fisik masing-masing atom dan molekul, seperti potensial ionisasi, afinitas elektron, afinitas proton, momen dipol, kemampuan polarisasi, dan reaktivitas. Ion positif utama N 2 + , O 2 + , N + dan O + dengan sangat cepat (dalam sepersejuta detik) berubah menjadi hidrat terprotonasi, sedangkan elektron bebas menempel pada oksigen, membentuk ion radikal superoksida 3 O 2 .-, yang juga dapat membentuk hidrat. Zat antara (partikel perantara) ini secara kolektif disebut “ion gugus”.

Ion cluster kemudian dapat bereaksi dengan pengotor yang mudah menguap atau partikel tersuspensi. Selama umurnya yang singkat (sekitar satu menit), ion cluster dapat bertabrakan dengan molekul udara dalam keadaan dasar hingga 1.000.000.000.000 kali (10 12). Proses kimia, nuklir, foto dan elektro-ionisasi digunakan untuk memisahkan dan mengidentifikasi spektrum kimia. Disosiasi molekul dan reaksi dalam fase gas dan pada permukaan partikel padat secara signifikan memperumit skema reaksi umum di media nyata. Sifat-sifat ion terus berubah karena reaksi kimia yang sedang berlangsung, penataan ulang molekul, pembentukan gugus ion molekul dan partikel bermuatan. Hidrat terprotonasi dapat berdiameter hingga 1 nm (0,001 µm) dan memiliki mobilitas 1-2 cm 2 /V s. Ukuran gugus ion sekitar 0,01-0,1 nm, dan mobilitasnya 0,3-1·10 -6 m 2 /V s. Partikel-partikel terakhir berukuran lebih besar, tetapi mobilitasnya jauh lebih kecil. Sebagai perbandingan, ukuran rata-rata tetesan kabut atau partikel debu mencapai 20 mikron.

Gabungan kehadiran ion dan elektron menyebabkan munculnya muatan ruang, yaitu adanya muatan bebas tanpa kompensasi di atmosfer. Kepadatan spasial muatan positif dan negatif dapat diukur. Dalam cuaca cerah di permukaan laut, konsentrasi ion dari kedua polaritas adalah sekitar 200-3.000 ion/cm 3 . Jumlahnya meningkat secara signifikan selama hujan dan badai petir, karena aktivasi alami: konsentrasi ion negatif meningkat menjadi 14.000 ion/cm 3 , dan ion positif menjadi 7.000 ion/cm 3 . Rasio ion positif dan negatif biasanya 1,1-1,3, menurun menjadi 0,9 dalam kondisi cuaca tertentu. Merokok satu batang rokok mengurangi jumlah ion di udara ruangan menjadi 10-100 ion/cm 3 .

Ion dan gugus ion memiliki banyak peluang untuk terjadinya tumbukan dan reaksi dengan segala pengotor udara, yaitu dengan seluruh komponen atmosfer. Mereka menghilang dari atmosfer sebagai akibat reaksi dengan komponen yang mudah menguap lainnya atau dengan menempel pada partikel yang lebih besar melalui muatan difusi dan muatan medan. Semakin tinggi konsentrasinya, semakin pendek masa hidup ion (dan sebaliknya, masa hidup lebih lama pada konsentrasi yang lebih rendah, karena kecil kemungkinan terjadinya tumbukan). Masa hidup ion udara secara langsung bergantung pada kelembapan, suhu, dan konsentrasi relatif jejak zat yang mudah menguap dan partikel tersuspensi. Masa hidup ion-ion yang terbentuk secara alami di udara bersih adalah 100-1.000 detik.

KIMIA ION UDARA

Oksigen diperlukan untuk semua bentuk kehidupan. Namun, terdapat keseimbangan dinamis antara pembentukan oksigen yang diperlukan untuk kehidupan, di satu sisi, dan perlindungan dari efek racunnya, di sisi lain. Ada 4 bilangan oksidasi molekul oksigen [O 2 ] n yang diketahui, di mana n = 0, +1, -1, -2, masing-masing, untuk molekul oksigen, kation, ion superoksida, dan anion peroksida (ditulis sebagai 3 O 2, 3 O 2.+ , 3 O 2 .- dan 3 O 2 -2). Selain itu, oksigen “biasa” di udara 3 O 2 berada dalam keadaan “tanah” (tidak tereksitasi secara energik). Ini adalah “biradikal” bebas dengan dua elektron tidak berpasangan. Dalam oksigen, dua pasang elektron pada lapisan terluar memiliki spin paralel, yang menunjukkan keadaan triplet (superskrip 3, namun hal ini biasanya dihilangkan demi kesederhanaan). Oksigen sendiri biasanya merupakan akseptor elektron terakhir dalam proses biokimia. Ia tidak terlalu aktif secara kimia dan tidak merusak biosistem melalui oksidasi. Namun, ia merupakan prekursor bentuk oksigen lain yang dapat menjadi racun, seperti ion radikal superoksida, radikal hidroksil, radikal peroksida, radikal alkoksi, dan hidrogen peroksida. Molekul kimia aktif lainnya termasuk oksigen singlet 1 O 2 dan ozon O 3 .

Oksigen dalam keadaan normal bereaksi buruk dengan sebagian besar molekul, namun dapat “diaktifkan” dengan memberinya energi tambahan (alami atau buatan, listrik, termal, fotokimia atau nuklir) dan mengubahnya menjadi spesies oksigen reaktif (ROS). Konversi oksigen ke keadaan reaktif dengan penambahan satu elektron disebut reduksi (Persamaan 1). Molekul donor yang menyumbangkan elektron teroksidasi. Hasil reduksi parsial oksigen triplet ini adalah superoksida O 2 ·-. Ia merupakan radikal (dilambangkan dengan titik) dan ion (muatan -1).

O 2 + e - → O 2 .- (1)

Ion radikal superoksida adalah radikal terpenting yang diproduksi dalam tubuh manusia: orang dewasa dengan berat 70 kg mensintesis setidaknya 10 kg (!) per tahun. Sekitar 98% oksigen yang dikonsumsi selama respirasi mitokondria diubah menjadi air, dan 2% sisanya diubah menjadi superoksida, yang terbentuk sebagai akibat dari reaksi merugikan pada sistem pernapasan. Sel manusia terus-menerus memproduksi superoksida (dan molekul kimia aktif yang dihasilkannya) sebagai “antibiotik” terhadap mikroorganisme asing. Biologi ion udara dan radikal oksigen telah ditinjau oleh Krueger dan Reed, 1976. Superoksida juga bertindak sebagai molekul pemberi sinyal untuk mengatur banyak proses seluler bersama dengan NO. . Dalam kondisi biologis, ia bereaksi dengan dirinya sendiri untuk membentuk hidrogen peroksida dan oksigen dalam reaksi 2, yang dikenal sebagai reaksi dismutasi. Ini bisa terjadi secara spontan atau dikatalisis oleh enzim superoksida dismutase (SOD).

2 O 2 .- + 2 H + → H 2 O 2 + O 2 (2)

Superoksida dapat menjadi zat pengoksidasi (akseptor elektron) dan zat pereduksi (donor elektron). Hal ini sangat penting untuk pembentukan radikal hidroksil aktif (H2O), yang dikatalisis oleh ion logam dan/atau sinar matahari. Superoksida bereaksi dengan radikal oksida nitrat (NO.), membentuk secara alami molekul aktif lainnya adalah peroksinitrat (OONO.). Superoksida kemudian dapat direduksi menjadi peroksida (O 2 -2) - suatu bentuk oksigen aktif, yang di lingkungan perairan terdapat dalam bentuk hidrogen peroksida (H 2 O 2) dan diperlukan untuk kesehatan.

Superoksida adalah produk disosiasi asam lemah - radikal hidroperoksida HO 2 ·. Dalam sistem berair, perbandingan jumlah kedua partikel ini ditentukan oleh keasaman medium dan konstanta kesetimbangan yang sesuai. Superoksida juga dapat terbentuk akibat ionisasi negatif udara. Terbentuknya konsentrasi kecil di udara lembab juga telah dikonfirmasi oleh penelitian.

Gugus ion superoksida dengan cepat bereaksi dengan partikel di udara dan senyawa organik yang mudah menguap. Meskipun hidrogen peroksida merupakan zat pengoksidasi, kombinasi hidrogen peroksida dan superoksida (mis. 3) menghasilkan spesies yang jauh lebih reaktif, radikal hidroksil, zat pengoksidasi paling kuat yang diketahui.

2 O 2 .- + H 2 O 2 → O 2 + OH . +OH - (3)

Identifikasi partikel individu yang berpartisipasi dalam reaksi kimia bukanlah tugas yang sepele. Simulasi skema reaksi dapat mencakup lusinan reaksi homogen dan heterogen antar partikel yang disebutkan di atas.

SPESIES OKSIGEN YANG AKTIF

Oksigen, superoksida, peroksida, dan hidroksil disebut spesies oksigen reaktif (ROS) dan dapat berpartisipasi dalam berbagai reaksi redoks baik di lingkungan gas maupun air. Partikel aktif ini sangat penting untuk penguraian zat organik yang ada di atmosfer, partikel kabut asap dan untuk penguraian ozon (O 3). Radikal hidroksil merupakan faktor kunci dalam pemecahan senyawa organik yang mudah menguap di troposfer melalui serangkaian reaksi kimia yang kompleks, termasuk oksidasi (penghilangan elektron dari senyawa organik), yang selanjutnya dapat bereaksi dengan molekul organik lainnya dalam reaksi berantai.

Spesies oksigen reaktif telah ditemukan baik di ruang terestrial maupun di luar angkasa. Sensor solid-state berbasis SnO 2, yang biasa digunakan untuk mendeteksi gas jejak, dipengaruhi oleh penyerapan kimia oksigen dan uap air. Pada suhu operasi yang cukup tinggi, oksigen dari udara diserap pada permukaan kristal yang bermuatan negatif. Dalam hal ini, elektron kristal berpindah ke O2 yang teradsorpsi, membentuk radikal superoksida, yang kemudian bereaksi dengan CO, hidrokarbon, dan pengotor gas atau uap lainnya. Akibat pelepasan elektron, muatan permukaan berkurang, yang menyebabkan peningkatan konduktivitas yang bersifat tetap. Proses kimia serupa ditemukan dalam oksidasi fotokatalitik, sel bahan bakar oksida padat, dan berbagai proses plasma non-termal.

Ilmuwan luar angkasa berpendapat bahwa aktivitas tanah Mars yang tidak biasa dan kurangnya senyawa organik disebabkan oleh radiasi ultraviolet, yang menyebabkan ionisasi atom logam dan pembentukan spesies oksigen reaktif pada butiran tanah. Tiga radikal O·-, O 2 ·- dan O 3 ·-, biasanya terbentuk di bawah pengaruh radiasi UV dengan adanya oksigen, kadang-kadang secara kolektif disebut spesies oksigen reaktif (ROS). O 2 · adalah radikal oksigen yang paling tidak aktif, paling stabil dan kemungkinan besar terbentuk pada suhu normal di Bumi. Sifat kimianya meliputi reaksi dengan air membentuk ion cluster terhidrasi. Dua partikel yang saling berhubungan - hidroksida dan hidroperoksida - mampu mengoksidasi molekul organik. Superoksida bereaksi dengan air (mis. 4) menghasilkan oksigen, perhidroksil, dan radikal hidroksil, yang dengan mudah mampu mengoksidasi molekul organik.

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

Superoksida juga dapat bereaksi langsung dengan ozon membentuk radikal hidroksil (Persamaan 5).

2 O 2 .- + O 3 + H 2 O → 2 O 2 + OH - + OH . (5)

Kita dapat mengasumsikan skema ringkasan berikut (persamaan 6), termasuk beberapa reaksi yang dijelaskan di atas. Di dalamnya, superoksida yang terbentuk selama ionisasi udara menyebabkan oksidasi senyawa organik yang mudah menguap terkait dengan partikel yang tersuspensi di udara dengan inklusi logam:

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

Ini adalah representasi yang disederhanakan. Untuk setiap spesies oksigen reaktif (ROS), terdapat beberapa skema reaksi yang dihipotesiskan atau dikonfirmasi untuk interkonversinya.

Transformasi VOC individu, yaitu hilangnya partikel asli dan pembentukan produk sampingan, bukan karbon dioksida dan air, sebelum dan sesudah ionisasi udara, telah dihipotesiskan dan dimodelkan dalam karya ilmiah. Sudah menjadi fakta umum bahwa plasma fase gas non-termal, yang dihasilkan secara elektronik pada suhu kamar dan tekanan atmosfer, dapat menghancurkan VOC konsentrasi rendah (konsentrasi 10-100 cm 3 /m 3) dalam reaktor pulsa corona. . Efisiensi penghancuran atau eliminasi (EDE) diperkirakan secara kasar berdasarkan potensi ionisasi kimia. Ionisasi dan proses lucutan korona lainnya telah digunakan, khususnya, untuk mengolah udara yang mengandung konsentrasi VOC awal yang relatif rendah (100-0,01 cm 3 /m 3). Sejumlah peneliti swasta dan pemerintah telah melaporkan senyawa kimia yang dapat diproses (Tabel 1), yaitu zat ini dapat diubah atau dihancurkan secara kimia oleh ionisasi udara dan proses terkait.

Tabel 1. Senyawa kimia yang dapat dihilangkan dari udara melalui ionisasi (*).

	Nama			Nama
	Karbon monoksida			Naftalena
	Nitrogen oksida
				Formaldehida
				Asetaldehida
				Metil alkohol
				Metil etil keton
				Metilen klorida
	sikloheksana			1,1,1-trikloroetana
				1,1,2-trikloroetana
				Karbon tetraklorida
	Xilena (o-, m-, p-)			Tetrakloretilen
	1,2,4-trimetilobenzena			Heksafluoroetana
	Etilbenzena

*Efisiensi bergantung pada konsentrasi awal, kelembapan relatif, dan kandungan oksigen.

Ketika udara terionisasi, proses serupa akan terjadi, termasuk oksidasi senyawa organik oleh ion bipolar dan radikal bebas menjadi produk sampingan antara dan, akhirnya, menjadi karbon dioksida dan air. Empat proses reaksi yang melibatkan ion udara dapat terjadi: (i) rekombinasi dengan ion lain, (ii) reaksi dengan molekul gas, (iii) pengikatan pada partikel yang lebih besar, dan (iv) kontak dengan permukaan. Dua proses pertama dapat membantu menghilangkan VOC; dua yang terakhir dapat membantu menghilangkan partikulat.

PRINSIP PENGOPERASIAN IONIZER UDARA

Pengionisasi udara bipolar menghasilkan molekul bermuatan. Dengan memperoleh atau menyumbangkan elektron, suatu molekul memperoleh muatan negatif atau positif. Saat ini, tiga jenis sistem ionisasi digunakan: foton, nuklir dan elektronik. Ionisasi foton menggunakan sumber sinar-X lembut untuk mengeluarkan elektron dari molekul gas. Polonium-210 digunakan dalam ionizer nuklir, berfungsi sebagai sumber partikel α, yang jika bertabrakan dengan molekul gas, akan melumpuhkan elektron. Molekul yang kehilangan elektron menjadi ion positif. Molekul gas netral dengan cepat menangkap elektron dan menjadi ion negatif. Generator jenis ini tidak mengandung jarum emitor, sehingga deposit tidak menjadi masalah. Namun, sumber sinar-X dan nuklir harus dipasang dengan hati-hati dan dipantau setiap saat untuk menghindari bahaya keselamatan.

Pengionisasi elektron atau ionisasi pelepasan korona menggunakan tegangan tinggi yang diterapkan pada ujung atau jaringan emitor untuk menciptakan medan listrik yang kuat. Medan ini berinteraksi dengan elektron molekul di dekatnya dan menghasilkan ion dengan polaritas yang sama dengan tegangan yang diberikan. Mesin ionisasi ini diklasifikasikan menurut jenis arus yang digunakan: arus berdenyut, arus searah, dan arus bolak-balik. Pengionisasi AC bersifat bipolar; mereka bergantian menghasilkan ion negatif dan positif pada setiap siklus. Pembentukan bahan kimia lainnya tergantung pada jenis arus, mode, konsentrasi ion unipolar, rasio ion positif dan negatif, dan kelembaban relatif. Mesin ionisasi AC, jenis mesin ionisasi elektronik pertama, memiliki fluktuasi tegangan yang melekat, dan medan listrik yang dihasilkannya melewati puncak positif dan negatif.

Jumlah ion udara yang dihasilkan diukur menggunakan perekam pelat bermuatan. Atau pengukur medan elektrostatik dapat digunakan untuk mencatat redaman statis pada substrat kaca. Pemantauan ion memungkinkan Anda menghasilkan sejumlah ion tertentu untuk kinerja optimal.

Penting untuk membedakan berbagai jenis pembersih udara elektronik. Mesin ionisasi udara, filter elektrostatis, dan generator ozon sering kali digabungkan, tetapi keduanya memiliki perbedaan yang jelas dalam mode pengoperasiannya.

Sistem ionisasi udara memiliki beberapa komponen: sensor untuk memantau kualitas udara (VOC dan PM), pemantauan ion elektronik, dan modul ionisasi untuk menghasilkan jumlah ion yang diperlukan. Sistem ionisasi udara industri secara otomatis mengontrol proses ionisasi untuk memberikan iklim yang nyaman, mengurangi kontaminasi mikroba dan menetralisir bau dengan memecah dan/atau menghilangkan komponen yang mudah menguap dan tersuspensi di udara dalam ruangan. Sistem pengolahan udara ionisasi dirancang untuk dipasang langsung di ruang tertutup atau di sistem pasokan udara ventilasi sentral. Udara kemudian dapat dilepaskan langsung ke atmosfer dalam ruangan, atau dikembalikan setelah bercampur dengan udara luar.

Penempatan modul ionisasi pada lokasi tertentu dapat didasarkan pada sumber VOC dan PM serta intensitasnya. Perangkat ionisasi dapat ditempatkan langsung di unit pusat unit AC untuk mengolah seluruh aliran. Mereka juga dapat dipasang di saluran yang ada di bagian hilir sistem HVAC (pemanas, ventilasi, dan pendingin udara) pusat. Dimungkinkan juga untuk menempatkan perangkat ionisasi yang berdiri sendiri di ruangan terpisah untuk memenuhi kebutuhan mendesak. Pengoperasian sistem ionisasi yang tepat untuk meningkatkan kualitas udara dalam ruangan memerlukan optimalisasi tujuh faktor yang menggambarkan situasi dan persyaratan spesifik. Saat mengoperasikan mesin ionisasi udara industri, parameter berikut dikontrol: tingkat intensitas ion yang diinginkan, daya dan cakupan aliran udara, kelembapan, kualitas udara, dan deteksi ozon.

Gambar 1. Diagram proses ionisasi udara.

Sensor aliran mengukur aliran udara volumetrik (dalam cfm). Sensor kelembaban mengukur jumlah uap air di udara. Sensor kualitas udara akan menentukan kebutuhan relatif akan ionisasi. Sensor-sensor ini dapat ditempatkan di saluran udara balik atau di saluran masuk udara eksternal. Sensor kualitas udara lainnya (opsional) dapat dipasang untuk memastikan bahwa tingkat ozon, yang mungkin dihasilkan dalam jumlah kecil sebagai produk sampingan, berada di bawah batas yang ditentukan. Jenis sensor lain (juga opsional) dapat digunakan untuk mengukur tingkat relatif fraksi materi partikulat (PM) tertentu yang dapat dihilangkan dari udara melalui ionisasi. Sinyal dari sensor direkam menggunakan PC. Respon sistem ionisasi ditampilkan secara visual dalam bentuk beberapa grafik real-time dan juga disimpan untuk digunakan nanti. Semua informasi tersedia untuk klien melalui jaringan melalui browser biasa.

Eksperimen praktis dan studi objek.

Teknologi ionisasi telah digunakan di berbagai bidang sejak lama. Pengendalian pelepasan muatan listrik statis (netralisasi muatan oleh ion udara) sangat penting dalam operasi proses sensitif seperti produksi semikonduktor atau bahan nano. Ionisasi digunakan untuk memurnikan udara, yang sangat penting saat ini. Senyawa organik yang mudah menguap (VOC), bau, dioksidasi oleh spesies oksigen reaktif. Materi partikulat seperti asap tembakau, serbuk sari, dan debu menggumpal saat terkena ion udara. Bakteri dan jamur di udara dinetralkan. Manfaat lainnya termasuk penghematan energi karena lebih sedikit udara luar yang digunakan untuk pengkondisian, serta peningkatan kenyamanan dalam ruangan secara keseluruhan. Sistem ionisasi telah dipasang untuk meningkatkan kualitas udara di ruang domestik dan kantor. Mereka juga telah dipasang untuk mengendalikan senyawa yang mudah menguap dan partikel tersuspensi di institusi, tempat komersial dan industri. Daftar singkat percobaan yang dilakukan pada objek nyata menggambarkan beragam kemungkinan penerapan (Tabel II).

Tabel II. Objek percobaan ionisasi udara

Sebuah Objek	Lokasi	Aplikasi
Pusat Teknik	Kota besar	Penghapusan VOC Tertentu
Pusat pembayaran	Bandara Internasional	Penghapusan knalpot pesawat
Hotel antik	Pusat kota	Hemat energi, tingkatkan kualitas udara
hotel modern	Bandara Internasional	Penghapusan knalpot pesawat
Pusat perbelanjaan	Pusat ibu kota	Kontrol VOC, hemat energi
Gedung Parlemen		Netralisasi bau, VOC, kuman
Kompleks restoran	alun-alun pusat	Netralisasi bau dapur
Restoran terpisah	Pusat kota	Netralisasi bau dapur dan asap tembakau
Pabrik pengolahan daging	Kota besar	Netralisasi mikroba di udara, bau limbah
Penyimpanan daging/produk	Supermarket	Netralisasi bau dapur dan kuman
Laboratorium anatomi	Sekolah medis	Penghapusan formaldehida
Laboratorium Patologi	RSUD	Penghapusan obesitas dunia
Stadion Bola	Kota besar	Netralisasi bau
Pabrik furnitur	Zona industri	Penghapusan asap tembakau
Rumah percetakan	kota kecil	Menghilangkan uap pembersih
Salon	Kota besar	Menghilangkan VOC (bau cat kuku)
Tempat pengolahan hewan	Laboratorium penelitian	Menghilangkan bau dan kuman di udara

Sistem ionisasi udara dipasang di pusat teknik besar (Siemens AG, Berlin) dengan beberapa ratus karyawan di gedung bertingkat. Pengurangan kadar 59 VOC spesifik yang termasuk dalam sembilan kelas zat berbeda dihitung (Tabel III). Kandungan VOC ditentukan dengan kromatografi gas-spektroskopi massa (GC/MS) dalam sampel yang dikumpulkan dalam tabung sorben selama periode percobaan, dengan dan tanpa ionisasi. Meskipun VOC 31 dan 59 sudah berada di bawah batas terdeteksi, namun jumlahnya tidak melebihi batas tersebut. Jumlah total VOC berkurang 50%. Ini adalah hasil yang sangat baik mengingat tingkat awal adalah 112 µg/m 3 dan tingkat kinerja target adalah 300 µg/m 3 . Kadar zat 20 dan 59 mengalami penurunan, kadar zat lainnya tidak meningkat. Tidak ada VOC baru yang terdeteksi sebagai produk ionisasi tidak lengkap.

Selain itu, selama percobaan, kadar ozon di dalam ruangan diukur secara konstan, baik dengan maupun tanpa ionisasi. Kadar rata-rata selama bulan percobaan adalah 0,7 ppbv tanpa menggunakan ionisasi, dan nilai maksimumnya adalah 5,8 ppbv. Bandingkan dengan batas regulasi sebesar 100 ppbv. Kadar rata-rata pada saat ionisasi adalah 6,6 ppbv, nilai maksimumnya adalah 14,4 ppbv. Tingkat ozon di luar ruangan tidak diukur secara langsung, namun kisaran yang mungkin dihitung adalah 10-20 ppbv.

Tabel III. Situs A: Pusat Teknik (a).

Komponen (#)	Tanpa ionisasi, µg/m 3	Dengan ionisasi, μg/m 3
Senyawa aromatik (20)
Alkana (13)		4-1 atau kurang
Isoalkana (9)	4-1 atau kurang
Sikloalkana (3)
Alkohol (8)
Keton (7)
Ester (3)
Hidrokarbon terklorinasi (9)	2-1 atau kurang	2-1 atau kurang
Terpen (5)	3-1 atau kurang
Jumlah VOC (59)

Eksperimen lain dilakukan di pusat pembayaran dekat bandara internasional besar (Visa, Zurich), di mana pekerja kantoran terkena asap knalpot dari pesawat dan transportasi darat. Tingkat tiga VOC diukur dengan dan tanpa ionisasi (Tabel IV). Terdapat pengurangan signifikan terhadap bau berbahaya yang disebabkan oleh pembakaran bahan bakar yang tidak sempurna.

Tabel IV. Objek B. Pusat wisata.

Penelitian lain saat ini sedang dilakukan untuk memberikan hasil kuantitatif mengenai penghapusan kontaminan tertentu dalam berbagai aplikasi. Bukti berdasarkan pengalaman juga dikumpulkan dari para pekerja dan manajer pabrik yang melaporkan pengurangan asap dan bau secara signifikan serta peningkatan kualitas udara dalam ruangan secara keseluruhan.

Ionisasi udara: kemana tujuan kita...

Pengaruh gaya fisik, keadaan agregasi, dan massa tidak hanya pada hasil, tetapi juga pada metode mengubah satu jenis materi menjadi jenis lain - singkatnya, kondisi transformasi kimia - merupakan masalah mendesak bagi ahli kimia, yang mana baru-baru ini mulai dipelajari secara eksperimental. Ada banyak kesulitan yang mengganggu penelitian ini, namun yang terpenting adalah sulitnya menemukan reaksi yang bersifat sederhana, terjadi antara zat-zat yang dapat diambil dalam bentuk murni, dan menghasilkan produk yang dapat didefinisikan dengan tepat. .

Teknologi pemurnian udara meliputi: (I) proses fisik, (II) fisikokimia, dan/atau (III) proses elektronik atau kombinasinya (Tabel IV). Filtrasi PM melibatkan pengumpulan partikel secara fisik atau mekanis ke dalam bahan berpori atau berserat. Mekanisme pemindahannya adalah tumbukan, sedimentasi, dan difusi. Filtrasi fase gas melibatkan penyerapan VOC ke permukaan padat dengan kemungkinan terjadinya reaksi kimia. Bahan kimia penyerap diresapi dengan komponen kimia aktif seperti asam, basa atau zat pereduksi, atau dengan katalis atau bahan aktif fotokatalitik.

Pembersih udara elektronik selanjutnya dapat diklasifikasikan berdasarkan jenis ionisasi dan mode pengoperasian. Perangkat ionisasi udara bipolar adalah yang paling sederhana, sementara yang lain menggunakan berbagai varian pelepasan plasma dan koroner. Perangkat ini menghasilkan kelompok ion negatif dan/atau positif. Ion-ion ini mengisi PM, membuatnya lebih mudah untuk disaring. Ion cluster juga bereaksi secara kimia dan menghancurkan VOC. Meskipun proses ini mirip dengan banyak proses oksidasi yang diketahui, namun proses ini lebih halus dan kompleks. Hal ini dapat dilakukan pada suhu kamar tanpa adanya katalis padat. Pengionisasi udara berbeda dengan pengendap elektrostatis karena PM memperoleh muatan listrik melalui kontak langsung dengan ion udara, bukan melalui kontak dengan permukaan bermuatan listrik. Mesin ionisasi udara juga berbeda dengan generator ozon karena partikel aktifnya merupakan kumpulan ion negatif atau positif, bukan ozon, yang kadarnya diatur di udara dalam ruangan untuk alasan kesehatan.

Teknologi ionisasi udara, meskipun sudah berkembang dengan baik, baru sekarang dapat diterapkan dalam pemurnian udara untuk VOC dan PM, mulai dari pengendalian ESD dalam operasi proses sensitif hingga penghancuran polutan udara berbahaya. Teknologi terkait mencakup oksidasi dalam reaktor berdenyut corona dan perangkat plasma non-termal lainnya. Ada banyak manfaat pemurnian udara ionisasi: penghancuran, konversi dan penghapusan VOC dan PM yang berpotensi berbahaya; memperluas dan meningkatkan kinerja teknologi konveksi (filtrasi dan adsorpsi); konsumsi energi yang rendah; deposit PM minimal pada permukaan dalam ruangan; lebih sedikit reagen berbahaya dan produk sampingannya; dan potensi peningkatan kesehatan.

Tabel V. Perbandingan sistem pemurnian udara

	Ionisasi udara bipolar	Generasi ozon	Pengumpulan debu elektrostatis	Filtrasi fase gas	Penyaringan
Operasi	Elektronik	Elektronik	Elektronik	Fisikokimia	Fisik
	Debit senyap	Pelepasan penghalang	Jaring dan pelat tegangan tinggi	Penyerapan dan reaksi selektif	Filter datar dan lipit, VEVF
	Pembentukan ion (+) dan (-).	Generasi ozon	Muatan partikel tersuspensi	Penyerapan dan reaksi	Pengendapan partikel pada permukaan berpori
Partikel aktif	Ion bipolar dan radikal (O 2 .-)		Partikel bermuatan	Tempat penyerapan dan reaksi	Luas permukaan yang besar
Produk	CO 2 , H 2 O, partikel membesar	CO2, H2O, O3	Partikel yang diperbesar	Mengurangi jumlah VOC	Mengurangi jumlah PM
Produk sampingan	Jumlah minimum, O 3, jika tidak dikontrol	O3 dalam jumlah yang signifikan,	O 3 jika tidak dibersihkan secara rutin	Sampah bekas yang mengandung kontaminan	Filter bekas dengan kontaminan
Jaga kesehatan Anda	Batasi O 3	Paparan ozon	Paparan tegangan tinggi dan ozon	Akumulasi, penyimpanan, pembuangan	Menghapus filter kotor
	Oksidasi kimia	Oksidasi kimia	Penyerapan VOC ke PM	Adsorpsi/penyerapan
	Adhesi		Akumulasi di piring	Akumulasi di sampah	Pemadatan, sedimentasi, difusi
	Oksidasi	Oksidasi		Adsorpsi/penyerapan
	Penonaktifan	Penonaktifan	Hampir tidak pernah		Hampir tidak pernah
Kontrol	Ion sesuai permintaan	Generasi yang konstan	Proses desain	Proses desain	Proses desain
Harga			Sedang	mmHg Seni. kg. kg. W = kg/jam Kinerja pelembab udara

Karakteristik magnetik atom

Elektron memiliki miliknya sendiri momen magnetik, yang dikuantisasi dalam arah sejajar atau berlawanan dengan medan magnet yang diterapkan. Jika dua elektron yang menempati orbital yang sama memiliki arah putaran yang berlawanan (menurut prinsip Pauli), maka keduanya akan saling menghilangkan. Dalam hal ini kita katakan bahwa elektron berpasangan. Atom yang hanya mempunyai pasangan elektron akan terdorong keluar medan magnet. Atom yang demikian disebut diamagnetik. Atom yang memiliki satu atau lebih elektron tidak berpasangan ditarik ke dalam medan magnet. Οʜᴎ disebut diamagnetik.

Momen magnet suatu atom, yang mencirikan intensitas interaksi suatu atom dengan medan magnet, praktis sebanding dengan jumlah elektron yang tidak berpasangan.

Ciri-ciri struktur elektronik atom berbagai unsur tercermin dalam karakteristik energi seperti energi ionisasi dan afinitas elektron.

Energi (potensial) ionisasi suatu atom E saya adalah energi minimum yang diperlukan untuk melepaskan elektron dari suatu atom hingga tak terhingga menurut persamaan

X = X++ e −

Nilainya diketahui untuk atom semua unsur dalam Tabel Periodik. Misalnya, energi ionisasi atom hidrogen berhubungan dengan transisi elektron dari 1 S-sublevel energi (−1312,1 kJ/mol) ke sublevel dengan energi nol dan sama dengan +1312,1 kJ/mol.

Dalam perubahan potensial ionisasi pertama yang berhubungan dengan pelepasan satu elektron atom, periodisitas dinyatakan dengan jelas dengan meningkatnya nomor atom:

Gambar 13

Ketika bergerak dari kiri ke kanan dalam satu periode, energi ionisasi, secara umum, meningkat secara bertahap; dengan peningkatan nomor atom dalam satu golongan, energi tersebut menurun. Logam alkali mempunyai potensi ionisasi pertama yang minimum, dan gas mulia memiliki potensi ionisasi maksimum.

Untuk atom yang sama, energi ionisasi kedua, ketiga dan selanjutnya selalu meningkat, karena elektron harus dilepaskan dari ion bermuatan positif. Misalnya, untuk atom litium, energi ionisasi pertama, kedua, dan ketiga berturut-turut adalah 520,3, 7298,1, dan 11814,9 kJ/mol.

Urutan abstraksi elektron biasanya merupakan urutan kebalikan dari pengisian orbital dengan elektron sesuai dengan prinsip energi minimum. Dalam hal ini, elemen-elemen yang terisi D-orbital adalah pengecualian - pertama-tama, mereka tidak kalah D-, A S-elektron.

- Energi ionisasi

Karakteristik kemagnetan suatu atom Sebuah elektron mempunyai momen magnetnya sendiri, yang terkuantisasi dalam arah yang sejajar atau berlawanan dengan medan magnet yang diterapkan. Jika dua elektron yang menempati orbital yang sama mempunyai spin yang berlawanan... [baca lebih lanjut]

- Energi ionisasi

Proses ionisasi dinyatakan dengan skema: E - n En+. Apalagi ionisasi bisa terjadi berkali-kali. Ionisasi suatu atom menentukan kemampuan suatu atom untuk melepaskan elektron dan mengalami oksidasi. Sifat ini (Eionisasi) menentukan sifat dan kekuatan ikatan kimia. Prosesnya... [Baca selengkapnya]

- Energi ionisasi atom.

Ciri-ciri atom. Catu daya untuk verifikasi diri Pidato yang tidak terurai menjadi ion dan tidak menghantarkan arus listrik disebut non-elektrolit. Elektrolit dan non-elektrolit Ternyata, yang ada hanyalah kata-kata yang dihaluskan atau dicairkan... [baca selengkapnya]

- Sifat periodik perubahan sifat atom unsur: jari-jari, energi ionisasi, energi afinitas elektron, keelektronegatifan relatif.

Untuk menggambarkan karakteristik energi suatu elektron dalam suatu atom, perlu ditunjukkan nilai empat bilangan kuantum: bilangan kuantum utama, sekunder, magnetik, dan spin. Mari kita lihat secara terpisah. 1) Bilangan kuantum utama “n” mencirikan energi elektron dalam atom,...