יונית אנרגיה היא מקור חדשני, אשר הראה בשנים האחרונות כי הוא מייצג את אחד מעמודי התווך של חקירות ופרויקטים מדעיים רבים. אם אתה רוצה לדעת יותר על צורת אנרגיה זו המבוססת על השימוש באטומים, כמו גם על היתרונות והחסרונות שלה, אנו מזמינים אותך להמשיך לקרוא את המאמר הזה.
מהי אנרגיה יונית?
אנרגיה יונית היא כמות האנרגיה הדרושה כדי לחבר את חלקי האטום. אם אתה רוצה לפצל חלקיק שלילי מהאטום, עליך לתת כמות אנרגיה שווה ערך לאנרגיה היונית של האטום האמור. לכל אלקטרון יש כמות קשורה של אנרגיית יונית או יינון, שתהיה תלויה במסלול שבו הוא נמצא. מסלול הוא האזור בחלל שבו סביר להניח שהאלקטרון יימצא. בתהליכי יינון, האלקטרון במסלול החיצוני גורם תמיד לקפוץ, מכיוון שהוא זה עם האנרגיה היונית הנמוכה ביותר.
השיטה המשמשת למדידת האנרגיה היונית של יסוד כימי היא בסיסית מאוד. בדרך כלל משתמשים בצינור פריקה חשמלי, שבו מתנגש אלקטרון הנע במהירות, שנוצר על ידי זרם חשמלי, באטום גזי של היסוד שייקבע. אטום עם אלקטרון בודד במסלול, מימן למשל, זקוק לאנרגיה יונית של 16,6 אלקטרונים וולט, כדי לעבור תהליך יינון, כלומר לסלק את האלקטרון מהמסלול של אנרגיה נמוכה או נמוכה יותר.
מה שמחזיק את הגרעין והאלקטרונים של אטום זה השילוב של האינטראקציות של המטען החשמלי על הגרעין, תצורת האלקטרונים של האטום וגודלו. ההשפעות של יסודות אלו קובעות את כמות האנרגיה היונית באטום. רמות האנרגיה ביסודות כימיים תלויות באופי שלהם, ולכן קושי היינון משתנה בהתאם למקום שבו אתה נמצא בטבלה המחזורית. לדוגמה, קל יותר ליינן מתכת אלקלית מאשר גז אצילי.
ככל שאטום מאבד יותר אלקטרונים, דרוש יותר אנרגיה כדי ליינן אותו, כלומר נדרשת יותר אנרגיה יונית. לגרעין יש מטענים חיוביים ומטענים ניטרליים, המטען החיובי אינו משתנה על ידי תהליכי יינון. מכיוון שהגרעין צריך להישאר מלוכד, בכל פעם שאנו מסירים אלקטרון, הגרעין הזה נקשר בצורה הדוקה יותר כדי לשמור על שיווי משקל. אם אתה רוצה להגדיר אנרגיית יינון בהתבסס על מידע זה, תהיה זו האנרגיה הדרושה כדי להפריד את המספר הכולל של מולקולות או אטומים הנמצאים בשומה אחת.
יתר על כן, השומה היא החומר הכלול בחומר נתון במספר המולקולות או האטומים התואמים למספרו של אבוגדרו. במימן, לשומה אחת מהאטומים שלו יש אנרגיה יונית של 1.312 KJ/mol ומשקל אטומי של 1 גרם. לכן, היכולת של יסוד להגיב כימית קשורה לאנרגיה היונית שלו. זוהי היכולת שלו לתרום וליינן אלקטרונים. זה תלוי גם בסוג האלמנטים שנוצרו על ידי תהליכים אלה.
https://www.youtube.com/watch?v=6C6OAwrQlc4
השימושים באנרגיית יונים
בכל פעם שהאדם הצליח לתמרן צורות של אנרגיה, הוא פותח מרחבים לשימושם בתחומים שונים: תעשייה, רפואה, בקיצור, כמעט כל תחומי חיי היומיום זקוקים לצורות של אנרגיה כדי להתפתח. אנרגיית יונים גדולה בהשוואה לצורות אנרגיה אחרות ולכן היא מעניינת מאוד חוקרים, מעצבי תהליכים ותעשיינים. אפילו פיתוחים צבאיים נהנו ממניפולציות כאלה של האטום. לאחר מכן, נזכיר כמה מהם:
זיהוי סכנה
תהליכים כימיים מכל הסוגים קשורים למעבר אלקטרונים ממולקולה אחת לאחרת לביצוע התגובה הכימית. הידע על האנרגיה היונית המסוימת, המקיימת אינטראקציה בתהליכים מסוימים, אפשרה תכנון של מתודולוגיות המסוגלות לזהות כל עצם מזיק. גילויים אלה מבוצעים על ידי יינון אלקטרוספריי. לאחר יינון החלקיקים, הם מועברים דרך ספקטרומטר מסה ובהתאם ליון המופיע, הוא בודק הימצאות סמים או חומרי נפץ.
צינורות פלורסנט וטלוויזיות
הוא משמש גם לייצור צורות של אנרגיה אלקטרומגנטית. אחד מהם הוא האור הנראה, שאינו אלא פליטת אלקטרונים, תוצר של תהליך הרפיה של אטומים, המתקבל על ידי הוספת כמות נכונה של אנרגיה יונית. עיקרון זה משמש בצינורות פלורסנט. כמו כן, התהליך מתרחש בטלוויזיות, אלו מיוצרות עם חומר שיכול לפלוט סוג מסוים של פוטון. באותו אופן, על ידי מתן רמת אנרגיה נאותה, האלקטרונים יתחילו להשתחרר ואלה יהיו הפוטונים שיאפשרו לנו לראות את התמונה.
שליטה ברק
ברק הוא לא יותר מכמות גדולה של קרינה אלקטרומגנטית, וזו הסיבה שאנו רואים אור כאשר הוא מתרחש. כל צורה של אור קשורה לפליטת פוטונים, המופיעים במהלך תהליך היינון. במקרה המסוים של ברק, מולקולות האוויר מיוננות. על ידי מדידת אנרגיה זו, ניתן לחזות את צפיפות הברק שעלול לפגוע במיקום נתון. בעזרת המידע הזה, תוכלו לעצב ולבנות משהו שימשוך אותם וימנע מהם ליפול לכל מקום, שכן רמות האנרגיה הגבוהות שלהם בדרך כלל הרסניות מאוד.
לְעַקֵר
יש דרך ליינון שהיא באמצעות קרני אלקטרונים. יש לו תדר מינון גבוה והספק נמוך כולל. כדי להשיג זרימה זו של אלקטרונים, יש להשתמש בכמות גדולה של אנרגיה יונית, אשר מושגת באמצעות מאיצים שתוכננו במיוחד לכך. כאשר היצירה או המוצר המיועד לעקר עוברים דרך זרם או אלומת אלקטרונים זו, הוא עובר תהליך של ספיגת אנרגיה, האנרגיה שהאלקטרונים הללו מספקים באמצעות יינון. על ידי ספיגת אנרגיה זו, התצורה הכימית של החדר, יכולת הרבייה וה-DNA של המיקרואורגניזמים הנוכחים משתנים.
למרות השינוי של החלקים, הוא פחות אגרסיבי משיטות עיקור אחרות. כמעט בכל שאר השיטות, אורך החיים השימושי של האלמנט מצטמצם, בעוד בשיטה זו השינוי אינו מייצג השפעה גדולה, בשל זמני החשיפה הקצרים. בנוסף, ניתן להצביע על יתרון נוסף, שהוא שניתן לעקר כמויות גדולות של פריטים בו-זמנית, מה שמייצג את אחת השיטות החסכוניות ביותר מבחינה תעשייתית.
ביוטכנולוגיה
חקר האנרגיה היונית איפשר לשכלל תהליכים רבים. היכולת למדוד את האנרגיות הכרוכות בתהליכי פליטה או ספיגה של אלקטרונים מאפשרת לנו לקבוע בנוכחות באיזה חומר מדובר. ישנן שיטות בהן ניתן לקבוע סדרה של יסודות כימיים כגון חלבונים המבוססים על פליטה או ספיגה של אנרגיה יונית בצורה של אור נראה. נהלים אלה נמצאים בשימוש נרחב הן בתעשייה והן בתחום הבריאות.
מחקר חלל
אחד השימושים המעניינים ביותר שניתנו לו הוא הנעת ספינות. מנוע היונים משתמש בסילון של יונים כדי להניע את עצמו. האצת היונים נעשית על ידי ניצול יחס הכוח-מסה, ובכך האצתם למהירויות גבוהות מאוד. דחפי יונים מייצרים פולסים גבוהים מאוד, הדורשים הרבה פחות מסת דלק מאשר רקטות קונבנציונליות. כמו כן, תחנות חלל רותמות אנרגיות יוניות כדי לשמור על פעילות רוב המערכות, לייצר פחות פסולת, אטומות לרעש ובדרך כלל קלות לשימוש.
בית מרקחת
יש לציין כי סוג זה של מקור אנרגיה, המזוהה עם קרינה אלקטרומגנטית, יכול להציע מספר יישומים בניתוח פרמצבטי. מדידת השונות של האנרגיות הללו בצורת הספקטרום האלקטרומגנטי מאפשרת לקבוע את נוכחותו של כל חומר כימי בדם או את כמות התרופות שעברו חילוף חומרים על ידי אדם. הוא משמש גם לקביעת ריכוזי תרופות. למעשה, תעשיית התרופות מצאה את השימוש השימושי ביותר באנרגיה יונית.
היתרונות של אנרגיה יונית
אחד היתרונות הגדולים ביותר של אנרגיה יונית הוא שהיא זולה יותר מבחינה פיננסית. לאחר ביצוע ההשקעה הראשונית עבור ההתקנה, העלויות יורדות באופן דרמטי. מנקודת מבט אנרגטית, התהליכים המבוצעים עם צריכת אנרגיה נמוכה יותר דורשים. הוא אטום לחלוטין לרעש, כך שהוא אינו פולט שום רעש, מה שהופך אותו לצורת אנרגיה בת קיימא ואקולוגית. זוהי אנרגיה טהורה שנוצרת מאטומים ואלקטרונים, שאינם משאירים כל סוג של שאריות.
חסרונות של אנרגיה יונית
אין ממש צורך להשתמש במקור אנרגיה אחר כחלק מהתהליך לייצורו. המשמעות היא שאין כוח יציב לתמיכה בייצור, מה שהופך אותו למקור כוח לא אמין. מסיבה זו, השימוש המאסיבי בצורת אנרגיה זו עדיין רחוק. למרות החיסכון לטווח ארוך, ההתקנה הראשונית יקרה מאוד. באופן עקרוני, הדבר מקשה מאוד על ייצור החשמל, מה שמוביל לעלויות התקנה גבוהות.
אם אהבתם את המאמר הזה על מהי אנרגיית יון וברצונכם ללמוד עוד על נושאים מעניינים אחרים, תוכלו לבדוק את הקישורים הבאים: