Ionisatsiooni, dissotsiatsiooni ja ergastuse määratlus ning näited
Ionisatsiooni mõiste
Ioniseerimine on protsess, mille käigus molekulid või aatomid muudetakse ioonideks laetud osakeste, näiteks muude tavaliste elektronide, redutseerimise või lisamise teel. Negatiivsete või positiivsete laengute ionisatsiooniprotsess on veidi erinev. Positiivselt laetud ioon saadakse siis, kui molekuli või aatomiga seotud elektron neelab piisavalt energiat, et pääseda seda siduvast elektrilisest potentsiaalist. Vajalik energia on tuntud ka kui ionisatsioonipotentsiaal.
Negatiivselt laetud ioonid saadakse siis, kui vabad elektronid hajuvad aatomitega ja jäävad teatud elektrilise potentsiaaliga aatomkihtidesse. Ionisatsioon koosneb kahest tüübist, nimelt järjestikune ioniseerimine ja järjestikune ioniseerimine. Klassikalises füüsikas saab toimuda ainult järjestikune ionisatsioon, nii et seda nimetatakse klassikaliseks ionisatsiooniks. Mittereadajas ionisatsioon rikub mõningaid klassikalise füüsika seadusi ja seda selgitatakse kvantionisatsiooni käsitlevas osas.
Loe ka: Iooniliste ühendite ja molekulide erinevus
Klassikaline ionisatsioon
Nii klassikalise füüsika kui ka Bohsi aatomimudeli põhjal on aatomi ja molekuli ionisatsioonikoormus väga täpselt määratud. Klassikalise füüsika järgi ületab elektroni energia selle kesta elektrilist potentsiaalset energiat, milles elektron on erinev, elektron liigub. Seda võib võrrelda inimesega, kes ei suuda hüpata üle meetri pikkuse aia, kui ta ei suuda meetri kõrgust hüpata.
Elektron ei saa läbida 13,6 eV elektrilise potentsiaaliga kesta, kui tal pole vähemalt 13,6 eV energiat. Selle põhimõtte kohaselt peab vabade elektronide energia olema suurem kui potentsiaalsed kestad.
Kui elektronil on selleks piisavalt energiat, läheb see kõige madalamale mõistmisastmele ja ülejäänud energia kiiratakse. Järjestikune ionisatsioon kirjeldab põhimõtteliselt, et iooni aatomnumbri saab ainult lähimast laengunumbrist ja see on üks arv. Näiteks +2 laenguga iooni saab ainult ioonilt, mille laeng on +1 või +3.
Ionisatsiooni põhiprotsess
Ideaalne õhk on gaas, mis koosneb ainult neutraalsetest molekulidest, seega ei saa see juhtida elektrivoolu. Kuid tegelikult ei koosne tegelik õhk mitte ainult neutraalsetest molekulidest, vaid on ka väikesi osi sellest ioonide ja vabade elektronide kujul, mis põhjustab õhu ja gaasi voolamist, kuigi see on piiratud. Elektririke, mis toimub õhus või gaasis, sõltub peamiselt õhus või gaasis olevate vabade elektronide arvust.
Nende vabade elektronide kontsentratsioon on tavaliselt väga väike ja selle määravad välised radioaktiivsed mõjud. See mõju võib avalduda päikesest tuleneva ultraviolettkiirguse, maa radioaktiivse kiirguse, kosmosekiirgus avakosmosest ja nii edasi, mis kõik võivad põhjustada õhku ioniseeritud. Kui nende vahel rakendatakse pinget V, tekib elektrivälja E, millel on teatud suurus ja suund. Elektriväljas saavad vabad elektronid piisavalt tugevat energiat, et nad saaksid ionisatsiooniprotsessi stimuleerida.
Loe ka: Elementide, aatomite ja isotoopide määratlus
Energia kogus on:
U = e. V = .me.ve2
Kus;
e = elektronlaeng
V = kahe elektroodi potentsiaalide vahe
me= elektronide mass
ve = elektronkiirus
Ioniseerimine elektronide kokkupõrke tõttu
Kui pinge gradient on piisavalt kõrge, on ioniseeritud elektronide arv suurem kui hapniku molekulide poolt püütud ioonide arv. Seejärel liiguvad kõik need elektronid pidevalt anoodi, tehes samal ajal kokkupõrkeid, mis vabastavad rohkem elektrone. Löögist tingitud ionisatsioon on oluline põhiprotsess õhu või gaasi purunemisel.
Üks välise mõju tõttu vabanenud elektron põhjustab elektronide (laviini) tulva, mis on elektronide rühm, mis kasvab kiiresti ja liigub edasi. jättes oma radadele positiivsed ioonid. Elektronide kokkupõrgetest (kokkupõrgetest) tingitud ionisatsiooni efektiivsuse määrab energia (vt võrrandit 1-1) või elektroni löögikiirus see on :
Ve= √ (2.v.e / me)
Kui elektroni liikumiskiirus on väga aeglane, näiteks seetõttu, et rakendatud pinge V on madal, siis mitte toimub ionisatsiooniprotsess, kuna toodetud energia ei ole elektronide vabastamiseks piisavalt tugev järgmine. Kui elektroni kiirus on liiga suur, on ka ioniseerimine keeruline. Sellises olukorras on võimalus, et nende liikumisel olevad vabad elektronid lähenevad aatomile, eemaldamata sellest elektronid. Nende kahe asja põhjal võib järeldada, et ionisatsiooniprotsessis on optimaalne elektronkiirus, kus tõenäosus 0 on maksimaalne.
Optimaalse elektronkiiruse all mõeldakse kiirust, mis on õige aatomite elektronideks ja ioonideks jagamiseks. Lisaks peab see optimaalne kiirus ilmnema sageli, nii et kui esimene liikumine ei õnnestu tabas aatomit, siis peaks järgmine liikumine tabama aatomit ja vabastama elektronid elektronist talle. Ionisatsiooniprotsessis määratletakse ionisatsiooniühik ehk ioniseerimise tõenäosus. ioonipaaride arvuna, mida elektronid võivad vabaneda 1 cm pikkusel teekonnal gaasis rõhul 1 mm Hg.
Valgusest tulenev ionisatsioon (fotoionisatsioon)
Rongkäikude võimaldamiseks on vaja energiat. Kiirusel (valgus), mille sagedus on, on energia:
U = hν
Kus
h = Plancki konstant
See kvantenergia või footon võib ioniseerida gaasis oleva neutraalse molekuli, kui
U = hν eVi
Kus
Vi = ionisatsioonipotentsiaal.
Võrrandist võib näha, et sissetulev energia peab olema suurem või võrdne energiaga, mis on vajalik elektroni vabastamiseks gaasimolekulist.
Kui hν eVi
Siis ei põhjusta saabuv energia ionisatsiooni. Kuid selle energia neelab molekul või aatom tõuseb kõrgemale tasemele kui algne energia. Seda võib väljendada järgmiselt:
A + hν - ›A1
Kui hν eV1
Siis kantakse see liigne energia kineetilise energia kujul vabanenud elektronidesse
hν = eV1 + mev2
Kuumusest tingitud ionisatsioon (termiline ioniseerimine)
Põhimõtteliselt ei erine kuumusest tingitud ionisatsiooniprotsess löögi ja valguse tõttu toimuvast ionisatsiooniprotsessist. Erinevus seisneb molekulile või neutraalsele gaasile antud energia tüübis. Kui gaas kuumutatakse piisavalt kõrgele temperatuurile, saavad paljud neutraalsed aatomid energiat, mis on vajalik nende aatomite ioniseerimiseks, millega nad kokku põrkavad.
ioniseerimisprotsessi käigus vabanenud elektronid
Üldiselt hõlmab termin termiline ionisatsioon järgmist:
- Ionisatsioon molekulide või gaasi aatomite kokkupõrgete tõttu, mis liiguvad kõrgel temperatuuril suurel kiirusel.
- Ionisatsioon soojuskiirguse / elektronide kokkupõrke tõttu. Termiline ionisatsioon on peamine rõhu all olevate leekide ja kaaride ionisatsiooniallikas.
Dissotsiatsiooni määratlus
Biokeemias ja keemias on dissotsiatsioon protsess, mille käigus ioonsed ühendid (kompleksid või soolad) eralduvad ja väiksemateks osakesteks, ioonideks või radikaalideks ning neid saab tavaliselt tagasi anda esialgu.
Näide
Näiteks kui Brønsted-Lowry hape pannakse vette, on aatomite vahelised kovalentsed sidemed vesinikuaatomiga elektronegatiiv jaguneb heterolüütilise lõhustumise teel, mis võib toota negatiivseid ioone ja prootonid. Dissotsiatsioon on assotsiatsiooni ja rekombinatsiooni vastand. Protsess pole nagu ionisatsioon.
Loe ka: Baaslahenduse määratlus
Erutuse määratlus
Erutus (füüsika) on diskreetse koguse energia (ergastusenergia) lisamine süsteemi nagu aatom või molekul, aatomituum, et see saaks põhjustab muutuse, üldjuhul madalaima energia olekust (põhiseisundis) ühele kõrgemast energiast (olek) erutatud).
Tuuma-, molekulaar- ja aatomsüsteemis ei pea ergastatud olekud jaotuma, vaid neil on teatud diskreetsed energiaväärtused. See tähendab, et välist energiat (ergastusenergiat) saab neelata diskreetsetes kogustes.
Seega vesiniku aatomis (ühe prootoni tuumaga on seotud orbiidil olev elektron) energia 10,2 elektronvoldi ergastus on vajalik elektronide liikumiseks põhiseisundist ergastatud olekusse kõigepealt. Erineva ergutusenergiaga 912,1 elektronvolti) on vaja elektroni tõstmiseks põhiseisundist teise ergastatud olekusse.
Ergutussüsteem
1. Ergutussüsteem harjaga
Pintslit kasutavas ergastussüsteemis tuleb elektritoiteallikas alalisvoolugeneraatorist (DC) või vahelduvvoolu (AC) generaator, mis kõigepealt parandatakse, kasutades alaldi.
Kui kasutate vahelduvvoolugeneraatori elektritoiteallikat või kasutate püsimagnetgeneraatorit (PMG), on magnetväli püsimagnet. Alaldi kapis muundatakse või alaldatakse vahelduvvoolu pinge alalisvoolu pingeks, et juhtida peaerutaja välja mähist.
Ergutusvoolu tühjendamiseks peaerutist generaatori rootorisse libisemisrõngaste ja söeharjade abil, samuti voolu jaotuse pilooteraldusest peaeraldajale.
Pilt 1. Ergutussüsteem harjaga (Brush Excitation).
Pintsliga ergastussüsteemi tööpõhimõte (Brush Excitation)
Esimene võimendusgeneraator on šundiga ühendatud alalisvoolugeneraator, mis toodab teise võimendusgeneraatori jaoks võimendusvoolu. Sünkroongeneraatori generaatori võimendi (erguti) on peamine generaator, mis töötab.
Loe ka: Termokeemia: definitsioon, võrrandid, reaktsioonid, valemid ja näidisülesanded
Peageneraatori pinge reguleerimine toimub ergutusvoolu (tugevustusvoolu) suuruse reguleerimisega potentsiomeetri või käivitustakistuse reguleerimise teel. Potentsiomeeter või käivitustakistus reguleerib esimese generaatori võimendi voolu ja teine generaator tekitab peageneraatori voolu. Sel viisil ei ole reguleeritud võimendi vool liiga suure väärtusega (võrreldes teise võimendi generaatori vooluga), nii et potentsiomeetri võimsuskadu ei oleks liiga suur. Peageneraatori võimendi vool PMT on varustatud takistusega, mis mahutab peageneraatori magnetvälja energiat, kuna selle katkestamisel tuleb peageneraatori võimendi vool takistuseks tühjendada.
Nüüd on paljud vahelduvvoolugeneraatorid varustatud alalditega, et toota alalisvoolu, mida saab kasutada võimenduseks peageneraatorit, nii et teise võimendi generaatori poolt alalisvoolu jaotamine peageneraatori tugevdamiseks ei vaja libisevat rõngast sest. Alaldi pöörleb koos generaatori võlliga. Nihutusrõngast kasutatakse voolu edastamiseks esimesest võimendigeneraatorist teise võimendusgeneraatori võimendusvälja. Võimendusvoolu väärtus on väike, nii et libisevate rõngaste kasutamine ei tekita probleeme.
Peageneraatori tugevdusvoolu suuruse määramine toimub automaatse pingeregulaatoriga nii, et generaatori klambripinge väärtus oleks püsiv. Pinge automaatne reguleerimine põhines algselt mehaanilistel põhimõtetel, kuid nüüd on see muutunud elektrooniliseks.
Ergutussüsteemi väljatöötamine harjadeta ergastussüsteemiga sünkroongeneraatoril, sest harja võib suurel kiirusel põhjustada tulehüppe. Harjade eemaldamiseks kasutatakse ankru külge kinnitatud pöörlevaid dioode. Joonisel 2 on kujutatud harjadeta ergastussüsteem.
2. Harjadeta ergastussüsteem
Pintslite või libisemisrõngaste kasutamine ergutusvoolu suunamiseks generaatori rootorisse on nõrk, kuna söeharjale saab voolata suhteliselt vähe voolu. Söepintsli piirangute ületamiseks kasutatakse harjadeta ergastussüsteemi.
Harjadeta ergastussüsteemi eeliste hulka kuuluvad:
- Ergumiseks vajalik energia saadakse peavõllilt, seega on töökindlus kõrge
- Hoolduskulud vähenevad, kuna harjadeta ergastussüsteem ei sisalda harju, kommutaatoreid ja libisemisrõngaid.
- Harjadeta ergastussüsteemis ei ole isolatsioonikahjustusi, mis on tingitud söeharja tõttu süsinikutolmu kinnitumisest farnisse.
- Vähendab halva õhu (halva atmosfääri) tõttu tekkivaid kahjustusi (probleeme), kuna kogu varustus on suletud ruumis
- Töö ajal pole harja vahetamine vajalik, suurendades seeläbi pideva töö usaldusväärsust pikka aega.
- Generaatorite väljalülitid, väligeneraatorid ja siini ergutid või kaablid pole enam vajalikud
- Vundamendi kulud vähenevad, kuna õhuliinid ja bussi ergutid või kaablid ei vaja alust
Joonis 2. Harjadeta põnevussüsteem
Pealkiri:
MINA: Peamine ergutaja
MG: peageneraator
PE: pilooteksitaator
AVR: automaatne pinge regulaator
V: generaatori pinge
AC: vahelduvvool (vahelduvvool)
DC: alalisvool
Joonis 3. Harjadeta ergastussüsteem
Harjadeta ergastussüsteemi tööpõhimõte
Esimest võimendusgeneraatorit nimetatakse pilooterutuseks ja teist võimendusgeneraatorit peaeksitaatoriks. Peamine erguti on vahelduvvoolugeneraator, millel on staatoril poolused. Rootor toodab vahelduvvoolu dioodiga, mis pöörleb peamist ergutusvõlli (üks võll koos peageneraatoriga). Dioodi tekitatud alalisvool pöörleb peageneraatori võimendusvooluks. Pöörleva püsimagnetpooluse kujul oleva rootoriga vahelduvvoolugeneraatori pilooteraldaja kutsub esile staatori mähise. Vahelduvpinge alaldatakse dioodalaldi abil ja see annab alalisvoolu, mis juhitakse peaeraldaja staatori magnetpoolustesse. Peamise erguti poolusele voolava alalisvoolu hulka reguleerib automaatne pingeregulaator (AVR).
Vooluhulk mõjutab peaerutaja tekitatavat vooluhulka, seega mõjutab peaergustusvoolu suurus ka peageneraatori tekitatud pinge hulka.
Harjadeta ergastussüsteemides tekivad probleemid lühise või vigase voolu korral rootorisse maandada ja kui mõni pöörleva dioodi kaitsmetest on puhutud, peab see suutma tuvastatud. Pöörleva rootori häired võivad põhjustada peageneraatori magnetvälja moonutusi ja tekitada generaatoris liigset vibratsiooni.