Site Loader
Posted on 19.09.1982

Содержание

В Сколково предложили новый способ синтеза катодов для литий-ионных батарей — Наука

Химики из Сколково вместе с американскими коллегами нашли новый метод получения смешанного оксида LiCo0.5Ni0.5O2 — материала для катодов литий-ионных батарей. Предложенный ими синтез из комплекса, содержащего сразу все три металла, одновременно прост в исполнении и позволяет получить максимально чистый продукт. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Science.

Литий-ионные батареи — основной источник питания для телефонов и ноутбуков. Переносчиками заряда в таких батареях служат ионы лития. Когда батарея накапливает энергию (заряжается), литий покидает катод и сквозь пропитанный электролитом сепаратор движется к аноду. В процессе разрядки происходит обратное движение: ионы возвращаются на катод и занимают свои позиции в кристаллической решетке.

В качестве катодного материала часто используют слоистый смешанный оксид LiCoO2. Чтобы улучшить характеристики катода — емкость и число циклов перезарядки, можно, например, заменить половину кобальта на никель. Но получить такой материал (с формулой LiCo0.5Ni0.5O2) оказалось непросто: часто в процессе синтеза соотношение между содержанием разных металлов нарушалось, что изменяло и свойства будущего катода.

Российские и американские химики придумали остроумное решение этой проблемы. Они синтезировали LiCo0.5Ni0.5O2 напрямую из комплексной соли Li2CoNi(tbaoac)6, которая уже содержит все три металла в нужных пропорциях. Сначала был получен сам комплекс осаждением из растворов, затем его прокалили при температуре 450 градусов по Цельсию и получили бурый порошок LiCo0.5Ni0.5O2. Это первый случай, когда удалось провести синтез в таких «мягких» условиях. Ранее ученым приходилось использовать температуры в 700 градусов по Цельсию и выше. Анализ продукта разными рентгеновскими методами показал, что соотношение металлов в нем точно соответствуют формуле.

В процессе работы ученые решили еще одну задачу, менее важную в прикладном смысле, но не менее красивую: они точно определили состав промежуточного комплекса Li2CoNi(tbaoac)6. Дело в том, что в состав этого вещества входят кобальт и никель — соседи по таблице Менделеева, имеющие схожие свойства (их молекулярные массы и вовсе почти не отличаются — у кобальта 58,9, а у никеля 58,7). Различить их традиционными методами анализа не получалось. Поэтому авторы синтезировали два аналогичных комплекса, в которые ввели магний: в первый комплекс — вместо никеля, а во второй — вместо кобальта. Этот металл сильно отличается по своим свойствам от кобальта и никеля, поэтому комплексы было легче анализировать.

Также были проведены теоретические расчеты стабильности всех комплексов. В итоге ученые пришли к выводу, что их Li2CoNi(tbaoac)6 на самом деле представляет собой смесь трех веществ: собственно Li2CoNi(tbaoac)6 и двух биметаллических солей — Li2Ni2(tbaoac)6 и Li2Co2(tbaoac)6. Тем не менее такой сложный состав не мешает получить из него катодный материал высокого качества и чистоты.

анион — это… Что такое анион?

  • АНИОН — (греч.). Вещество, отделяющееся на аноде при химическом разложении какой нибудь жидкости действием гальванического тока. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. анион (гр. ana вверх) отрицательно заряженный …   Словарь иностранных слов русского языка

  • АНИОН — (от греч. anion букв. идущий вверх), отрицательно заряженный ион; при электролизе растворов, содержащих ионы, анион движется к положительному электроду аноду. См. также Катион …   Большой Энциклопедический словарь

  • АНИОН — АНИОН, отрицательно заряженный ион, который притягивается к АНОДУ в процессе электролиза …   Научно-технический энциклопедический словарь

  • анион — сущ., кол во синонимов: 1 • ион (17) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 …   Словарь синонимов

  • АНИОН — ион, несущий отрицательный электрический заряд и при электролизе идущий к аноду положительно заряженному электроду. А. является атомом или гр. атомов (см. Ион комплексный), присоединившим или удерживающим в своей сфере один или несколько… …   Геологическая энциклопедия

  • анион — а, м. anion m. <гр. an не, без + ion идущий. Отрицательно заряженный ион; противоп. катион. Крысин 1998. Лекс. БАС 1: анио/н …   Исторический словарь галлицизмов русского языка

  • АНИОН — АНИОН, атом или группа атомов, несущая отрицательный электрический заряд и передвигающаяся при электролизе к положительному полюсу. Заряд А. может слагаться из одного (Cr,OH ,N03 ), двух (S04 , С,04 ), трех [Fe(CN)6 ] или большего числа… …   Большая медицинская энциклопедия

  • анион — Отрицательно заряженный ион [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN anion …   Справочник технического переводчика

  • анион — – отрицательно заряженный ион. Словарь по аналитической химии [3] …   Химические термины

  • Анион — Анион  отрицательно заряженный ион. Характеризуется величиной отрицательного электрического заряда; например, Cl−  однозарядный анион, а SO42−  двузарядный анион. В электрическом поле анионы перемещаются к положительному… …   Википедия

    • Почему электроны движутся к аноду в эксперименте с фотоэлектрическим эффектом?

    Рассмотрим экспериментальный аппарат с фотоэлектрическим эффектом, показанный на рисунке 11.1.

    Изменение фототока в зависимости от напряжения, приложенного к и С С как показано на рисунке 11.3.

    Мой вопрос —

    Почему ток ненулевой, даже если напряжение равно нулю?

    Рассмотрим ситуацию, в которой напряжение на пластинах равно нулю. Фотоны достаточной частоты ударяются о крайнюю поверхность катода эмиттерной пластины С С , Электроны освобождаются от притяжения ядер, поскольку их суммарная энергия становится положительной.

    Почему я думаю, что не должно быть чистого тока?

    Как только фотоны ударяются о крайнюю поверхность катода (предполагается, что 1 1 в 10 10 атомные диаметры толщиной), электроны становятся свободными. Теперь, когда электроны обладают кинетической энергией, они выйдут из этой внешней поверхности. Теперь электроны (с кинетической энергией) должны иметь одинаковую вероятность движения во всех направлениях поверхности. Таким образом, около половины электронов должно идти в правильном направлении к аноду и ударить его, а половина должна идти влево, пытаясь проникнуть во внутренние поверхности катодной пластины.

    Теперь электроны, которые пойдут направо, столкнутся с некоторым полем из-за пространственного заряда, присутствующего в трубке, но, тем не менее, некоторые электроны обязательно достигнут анодной пластины. После удара по анодной пластине они столкнутся с некоторым сопротивлением, но некоторые электроны достигнут медных проводов с низким сопротивлением, соединенных с анодной пластиной и миллиамперметром.

    Теперь рассмотрим электроны, которые идут влево. Они определенно столкнутся с сопротивлением катодной пластины, но некоторые все же достигнут медного провода.

    Теперь, поскольку нет разницы потенциалов, применяемых между и С С , нет необходимости в коммутаторе и вольтметре. Так, амперметр соединен последовательно с анодными пластинами и катодными пластинами с медными проводами.

    Теперь, если в цепи имеется устойчивый ток, электроны, испускаемые с одной из сторон, должны доминировать над другой. Но число электронов, испускаемых с обеих сторон, одинаково, и все электроны должны сталкиваться с тем же сопротивлением, что и ток (электроны), протекающий в замкнутом контуре. Но если число и скорость электронов, приходящих с обеих сторон, одинаковы, то не должно быть никакого чистого тока. Но есть. Почему?

    Редактировать —

    Из ответов anna v и mmainville видно, что испускание электронов зависит от угла испускания света. Но все же вопрос остается. Если электроны, испускаемые к аноду, имеют достаточно энергии для завершения цепи и снова достигают отверстий в катоде, несмотря на сопротивление между ними, электроны, испускаемые влево, должны иметь достаточно энергии, чтобы попасть на анодную пластину через медные провода и снова вытолкнуться через анод пластины в силу своей кинетической энергии и достигают катодной пластины. В этом случае также ток должен быть нулевым, что не соответствует действительности. Почему?

    mmainville

    Вы сделали предположение, что фотоэлектроны будут случайным образом распределены во всех направлениях. Это предположение противоречит закону сохранения энергии и закону сохранения импульса.

    Поступающее излучение от источника S имеет импульс и энергию, которые должны быть сохранены. Когда поступающее излучение попадает на поверхность катода, часть энергии и импульса распределяется по всей металлической решетке в среднем внутрь и под углом к ​​нормальному углу с энергией работы выхода. Растягивающие силы в структуре металлической решетки обеспечивают это равномерное распределение, и энергия преобразуется в тепло. Оставшаяся энергия должна быть отражена под некоторым углом, который сохраняет импульс и энергию. Эта отраженная энергия и импульс переносятся фотоэлектронами.

    Таким образом, на вашей диаграмме фактически нет электронов, испускаемых слева. Фактически фототрубки обычно имеют криволинейную поверхность катода, так что фотоэлектроны отражаются и фокусируются в направлении анода.

    Следует также отметить, что если бы фотоэлектроны рассеивались во всех направлениях, то в месте создания фотоэлектронов у нас был бы накоплен суммарный положительный электрический заряд. Электроны должны были бы прийти, чтобы заменить этот недостаток откуда-то, но это было бы непоследовательным. Электрическое поле либо указывает на эту точку, либо на нее, и средний дрейф электронов будет определяться этим электрическим полем. Это не может быть и то и другое одновременно.

    На самом деле фотоэлектроны движутся к аноду, а катодный свинец обеспечивает приток электронов для замены созданных дырок. Таким образом, через трубку, коммутатор и амперметр течет ток даже при потенциометре, установленном на 0 В.

    анна v

    Простой фотоэлектрический эффект здесь

    Электроны появляются как упругий разброс. Отсталых нет, потому что они поглощаются металлической поверхностью. Электроны в вакууме, движущиеся в одном направлении, являются током по определению тока. Как и во всех экспериментах по рассеянию света, существует луч, который попадает на катод. В светочувствительном катоде часть фотонов, которые составляют луч вместо упругого рассеяния в угле рассеяния и перестраивают классический луч в направлении угла рассеяния, будет извлекать электрон.

    При рассеянии частиц существует вероятность того, что электроны окажутся во всех направлениях, но существует угол более высокой вероятности, которому следует большинство рассеянных электронов. Таким образом, фотоэлектроны имеют доминирующее направление. Те, которые возвращаются в металлическую решетку, нейтрализуются дырой, оставленной ими, когда они рассеялись. Те, что покидают поверхность, оставят дыру позади, как при нормальном течении тока. Это для гамма-лучей, но в конце концов они фотоны. Для низких энергий существуют исследования, которые также дают предпочтительное направление.

    В вашей установке то же самое верно, это электроны, отражающиеся от поверхности катода и ударяющие анод, появляется ток. Когда свет включен, вакуума нет, потому что электроны несут ток. Есть ли падение напряжения или нет, геометрия рассеяния света от катода одинакова. Приложение напряжения позволяет отобразить эффект.

    Стив Бирнс

    Электроны начинаются на катоде. Если они выходят в вакуум, а затем возвращаются обратно к катоду, вот с чего они начали, так что в итоге ничего не произошло . Эти электроны вносят нулевой вклад в ток. Они не уравновешивают электроны, которые идут катод -> вакуум -> анод.

    Единственный способ уравновесить электроны, которые идут катод -> вакуум -> анод, — это иметь другие электроны, которые начинаются в аноде и переходят в анод -> вакуум -> катод. Но последний не существует, потому что на аноде не светит свет.

    (ОБНОВЛЕНИЕ: вопрос был отредактирован, чтобы предположить, что электроны также выходят из анода в вакуум, даже если на аноде не светит свет. Хорошо, это правда, что свет не требуется, чтобы вывести электроны — есть такие вещь как « полевая эмиссия », и даже полевая эмиссия при низком или нулевом потенциале для определенных материалов анода (например, алмаз может иметь отрицательное сродство к электрону). И число электронов, выходящих из анода, не буквально равно нулю, просто намного намного меньше, чем число электронов, выходящих из катода. Идея в вопросе редактирования, то есть, что электроны ударяются о катод с высокой скоростью, поддерживают эту скорость через провод, а затем выходят из анода, очень ошибочны. Электрон в проводе испытывает что-то вроде трения и теряет свою высокую скорость, вероятно, в пределах нанометров. В любом случае, если вы думаете, что электроны должны выходить из темного анода так же часто, как освещенный катод (они этого не делают), возможно, вам следует написать новый вопрос, объясняющий, почему вы думать это. Это довольно далеко от вашего первоначального вопроса. Я думаю, что вы получите лучшие ответы таким образом.)

    принцип работы, схемы и т.д.

    Триод — электронная лампа с тремя элементами, которыми являются: катод, анод и управляющая сетка. Управляющей сеткой является тонкий металлический провод, обычно никель, молибден или железо, который окружает катод.

    Схема триода в разрезе
    Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.

    Принцип действия триода

    Когда триод проводит ток, электроны, двигаясь от катоду к аноду, вынуждены проходить через отверстия в управляющей сетке. Посредством подачи небольшого отрицательного потенциала на управляющую сетку через ножку на основании лампы, можно управлять количеством электронов, пролетающих от катода к аноду. Отрицательный потенциал, подведенный к сетке управления отталкивает часть электронов, но остальные проходят через открытое пространство между проводами и движутся к аноду. Таким образом, протекание тока через лампу и внешнюю цепь может управляться отрицательным потенциалом, поданным на сетку управления.

    Источником питания лампы является источник постоянного тока. Источник постоянного тока подсоединен к катоду и аноду так, что анод имеет положительный потенциал по отношению к катоду.

    В то время, когда переменное напряжение на входе сетки проходит через свой положительный полупериод, напряжение на сетке управления становится менее отрицательным по сравнению в катодом, так как положительное входное напряжение вычитается с отрицательного потенциала сетки управления. В результате отрицательный потенциал на сетке управления уменьшается, и большее количество электронов освобождается из пространственного заряда и движется через сетку к аноду. Протекание тока через лампу усиливается.

    Протекание тока в триоде

    В то время, когда входное напряжение переменного тока на сетке проходит через свой отрицательный полупериод, напряжение на сетке становится более отрицательным по сравнению с катодом, потому что оно складывается с предыдущим отрицательным потенциалом на сетке. Поэтому, очень малое количество электронов покидают пространственный заряд, что уменьшает количество электронов, движущихся к аноду. Ток через лампу уменьшается.

    Кафедра №40 «Физика элементарных частиц» НИЯУ МИФИ

    Коллаборация ATLAS TRT включает в себя 18 университетов и научных центров.

    Страны-участницы коллаборации: Франция, Швейцария, Дания, Германия, Канада, Польша, Россия, США, Турция, Швеция.

    Руководитель проекта ATLAS TRT : проф. А.С. Романюк.

     

    ATLAS TRT (Transition Radiation Tracker) – Трековый Детектор Переходного Излучения, который является частью внутреннего детектора ATLAS и предназначен для регистрации треков (следов) частиц, измерения их импульсов и их идентификации на основе явления переходного излучения, возникающего при пересечения релятивистской частицей границы сред с различными диэлектрическими проницаемостями. Детектор TRT не имеет аналогов в мире и является детищем сотрудников нашего института. Многие разработки нашли применение в других международных экспериментах в области физики высоких энергий и астрофизики, где наши сотрудники принимали активное участие: детектор переходного излучения для эксперимента HERA-B (DESY), детектор переходного излучения для эксперимента TRT AMS (Международная Космическая Станция), передний трековый детектор для эксперимента ZEUS (DESY) и других.

    Переходное излучение было открыто в 50-е годы ХХ столетия отечественными учёными, впоследствии академиками, В.Л. Гинзбургом (лауреат Нобелевский премии 2003 года) и И.М. Франком, а его теория в применении к детекторам частиц была развита сотрудником Ереванского физического института Г.М. Гарибяном. В рентгеновской области зависимость интенсивности переходного излучения от гамма-фактора частиц имеет пороговый характер, что позволяет идентифицировать их по массе (чаще всего отличить электроны от других частиц).

    Пионерские работы по разработке детекторов переходного излучения, начатые в МИФИ под руководством проф. Б.А. Долгошеина в начале 70-х годов прошлого столетия, заложили основы их использования в областях физики высоких энергий и космофизики.

    В 1989 году группа МИФИ предложила оригинальную концепцию трекового детектора переходного излучения для экспериментов на будущих коллайдерах SSC и LHC. На основе этого предложения в 1990 году была создана международная коллаборация RD6, которую до 1994 года возглавлял Б.А. Долгошеин. В 1994 году проект TRT победил в жёсткой конкурентной борьбе с другими предложениями и был включён в состав эксперимента ATLAS.

    TRT это уникальный прибор, поскольку работает в беспрецедентных для газовых детекторов условиях. Каждую секунду на БАК рождается 10 миллиардов частиц, то есть в сотни раз больше, чем в любых других предшествующих экспериментах. При этом все частицы должны быть зарегистрированы и идентифицированы по «сортам», а их треки необходимо восстанавливать с точностью от 10 до 100 микрон (в зависимости от расстояния до точки пересечения пучков). Такие условия накладывают суровые требования к быстродействию, координатной точности и надёжности детекторов. Нужно сказать, что прибор должен работать без ухудшения характеристик в условиях экстремально высоких радиационных полей излучений (на грани устойчивости лучших материалов) более 15 лет при отсутствии доступа к нему. Кроме того, TRT работает в условиях газового разряда в сильных электрических полях. За всё время эксплуатации трубка должна зарегистрировать 10

    15 частиц при полном интегральном заряде 1000 Кулон, что превращает детектор в своего рода «плазменный реактор». Отсюда становится понятна беспрецедентная для газовых детекторов сложность задачи по его разработке, созданию и эксплуатации.

     

    Рис. 1. Пропорциональные дрейфовые трубки ATLAS TRT

     

    Основой TRT является газовая дрейфовая трубка диаметром 4 мм (всего их в TRT приблизительно 300000), а длина может меняться от 40 до 150 см в зависимости от её местоположения. Уникальная технология изготовления этих трубок на основе многослойной полиимидной плёнки была разработана в МИФИ совместно с НПО «Пластик» (Москва).

     

    Рис. 2. Принцип работы TRT

    Рис. 3. Треки пионов и электронов в TRT

     

    Трубка сваривается путём наложения двух плёнок толщиной по 32 микрона. Каждая плёнка состоит из четырёх слоёв: углерод — полиимидная смесь (4 микрона), алюминий (800 Å), полиимид (25 микрон) и полиуретан (3 микрона). Последний слой служит для соединения двух плёнок путём плавления при 200°С. Трубка заполнена газовой смесью на основе ксенона (Xe/CO

    2/O2), а в её центре натянута тонкая проволока (диаметром 30 микрон), которая является анодом. Сложная структура плёнки для стенки-катода и состав рабочего газа обеспечивают способность трубок работать в условиях экстремально высоких радиационных нагрузок без ухудшения характеристик – т.н. «старения» – при интегральных дозах облучения заряженными частицами до 50 Мрад и нейтронами до 3*1014 см-2. Кроме этого, трубка устойчива к электрохимическим процессам, происходящим внутри газа и способна выдержать нагрузку, соответствующую полному собранному линейному заряду более 20 Кулон/см (более 20 лет работы БАК).

    В TRT промежуток между трубками заполнен радиатором переходного излучения (либо слоями полипропиленовой плёнки либо полипропиленовым волокном). Принцип работы детектора заключается в следующем. Частица, проходя через трубку, ионизирует газ, и образовавшиеся электроны движутся к аноду. Фотоны переходного излучения регистрируются дрейфовыми трубками наряду с сигналами от ионизационных потерь. Возникающий сигнал регистрируется и определяется время его прихода с точностью около 1 нс, что соответствует координатной точности около 100 микрон. Кроме этого, регистрируются сигналы с амплитудой выше порога, который соответствует переходному излучению.

    В TRT каждая частица пересекает в среднем 36 трубок, таким образом имеется 36 измерений положения треков, что существенно улучшает импульсное разрешение и пространственную реконструкцию событий во внутреннем детекторе эксперимента ATLAS. На рис. 3 трубки, в которых амплитуда сигнала превысила высокий порог, отмечены красным. Число трубок на треке частицы со сработавшим высоким порогом позволяет отличить электроны от других частиц.

    В рамках проекта RD6 группа МИФИ внесла решающий вклад в разработку базовой концепции TRT, в разработку новых технологий пропорциональных камер и радиаторов переходного излучения. Также были проведены исследования газов и процессов в них, исследованы процессы старения детектора в высоких радиационных полях. За этот период времени в МИФИ с участием сотрудников ФИАН и ОИЯИ были разработаны и созданы прототипы будущих частей TRT, которые были всесторонне изучены на пучках частиц.

    Рис 4. Прототип торцевой части TRT (1994)

    Рис 5. Прототип центральной части TRT  (1992)

     

    МИФИ координировал все исследования коллаборации TRT на пучках частиц и анализ данных, полученных в этих тестах. Он был ведущим в разработке программ моделирования детекторов переходного излучения, а также координировал работу российских институтов (МИФИ, ПИЯФ, ФИАН) по разработке программного инструмента нового типа для мониторинга работы ТRT (TRTViewer). Эта программа в настоящее время является базовой для быстрой диагностики и визуализации данных с детектора, имеющего 350 000 рабочих каналов. В МИФИ были разработаны уникальные, не имеющие аналогов, высоковольтные предохранители, которые являются критическим элементом, обеспечивающим безопасную и эффективную работу детектора в условиях отсутствия доступа. Сотрудники МИФИ также принимали активное участие в разработке высоковольтной и газовой систем.

    Рис 6. Торцевая (End-Cap) часть внутреннего детектора эксперимента ATLAS

    Рис 7. Центральная (Barrel) часть внутреннего детектора эксперимента ATLAS

     

    Как уже говорилось, ТRT является составной частью внутреннего детектора эксперимента ATLAS, схематическое устройство которого показано на рис. 6 и 7. Внутренний детектор размещён внутри герметичного цилиндра, образованного жидко-аргоновым электромагнитным калориметром, симметричного относительно центра пересечения пучков и занимает область ±3,512 метров вдоль пучка и 1,150 метров в радиальном направлении. Он содержит три различных дополняющих друг друга типа детекторов. Внутреннюю часть, наиболее близкую к оси столкновений, занимают прецизионные пиксельные и микростриповые кремниевые детекторы. В центральной части (барреле) они размещаются на цилиндрах с осями вдоль направления пучка, в торцевых частях смонтированы на дисках, плоскости которых перпендикулярны пучку. Пиксели и микростриповые кремниевые детекторы составляют дискретную трековую систему внутреннего детектора, тогда как ТRT представляет собой «непрерывную» трековую систему благодаря большому числу индивидуальных измерений. TRT конструктивно состоит из трёх частей: центральной цилиндрической (barrel) и двух торцевых (end-cap). Баррельная часть TRT содержит 52544 трубки длиной около 150 см, ориентированных вдоль оси пучков и располагающихся на расстоянии от 56 до 107 см вокруг оси пучков. Анодная нить этих камер в середине разделена изолятором, и сигнал снимается с обеих концов трубки.

    Каждая из торцевых частей имеет 122000 трубок длиной 37 см каждая, которые расположены радиально в пространстве между радиусами R от 644 мм до 1004 мм. Собственное координатное разрешение трубки составляет около 100 мкм. Полное количество каналов считывания сигналов детектора составляет 351000.

    Сборка ТRТ осуществлялась в трёх университетах Америки и в России (в ПИЯФ и ОИЯИ). Сотрудники МИФИ координировали работу коллаборации по приёмке частей детектора, системному тестированию после окончательной сборки в ЦЕРН, интеграции с другими трековыми детекторами, установке детектора в эксперимент ATLAS, а также работы по запуску и эксплуатации детектора.

    В настоящее время основные работы группы МИФИ по проекту TRT связаны с обеспечением его успешной работы в будущих сеансах набора статистики Run 2 (2015-2018 годы) и Run 3 (2019-2022 годы). Работа сложная и имеет крайне высокий приоритет для всего эксперимента ATLAS, поскольку при всё возрастающей мощности БАК требования, предъявляемые к TRT, выходят за пределы расчётных. Цель работы — обеспечение 100%-ой эффективности набора данных и их высокого качества вплоть до 2023 года. Это требует больших усилий со стороны всей коллаборации TRT.

     

    Группа МИФИ работает в следующих направлениях:

    1. Руководство проектом и координация работ коллаборации в различных областях деятельности.

    2. Исследование процессов в газах при высоких дозах облучения и их влияние на рабочие характеристики TRT.

    3. Оптимизация рабочих характеристик детектора и исследование возможностей его работы с газовыми смесями на основе аргона.

    4. Исследование характеристик TRT в условиях больших нагрузок в p-p, p-Pb и Pb-Pb столкновениях (трековые свойства и идентификация электронов).

    5. Оптимизация работы электроники при частоте триггеров до 100 кГц.

    6. Поддержание работоспособности и модернизация программы мониторирования TRTViewer.

    7. Поддержка и развитие баз данных параметров TRT и ATLAS в целом.

     

    УЧАСТИЕ КАФЕДРЫ В ОБНОВЛЕНИИ КОМПОНЕНТОВ ATLAS ЭКСПЕРИМЕНТА 

    Установка, настройка и разборка прототипа Детектора Переходного Излучения в ЦЕРНе группой студентов и аспирантов нашей кафедры  

     

     

    Составные части детектора переходного излучения

     

    Интеграция TRT с детектором SCT

     

    Установка в ATLAS экспериментe

     

    Комната управления эксперимента ATLAS

     

    События в детекторе

     

    Наши сотрудники и посещения

     

     

     

    Контактное лицо:

    Романюк Анатолий Самсонович

    Тетрод

    Как следует из его названия в тетроде имеется четыре электрода: катод (прямого или косвенного накала), управляющая сетка, анод и ещё одна экранирующая сетка. Конструкция экранирующей сетки схожа с конструкцией сетки управляющей.

    Она представляет собой проволочную сетку или спираль, расположенную между управляющей сеткой и анодом и соединённую с положительным потенциалом постоянного тока (как обычно по отношению к катоду) равному части напряжения анода.При соединении с землёй через внешний конденсатор, экранирующая сетка выполняет роль электростатического щита управляющей сетки от анода. Без экранирующей сетки, ёмкостная связь между анодом и управляющей сеткой могла бы вызывать значительную обратную связь сигнала на высоких частотах, что становилось бы причиной появления нежелательных колебаний.

    Экранирующая сетка, площадь и положительный потенциал которой меньше чем у управляющей сетки, не оттягивает на себя большого количества электронов, движущихся сквозь управляющую сетку от катода, поэтому подавляющее большинство электронов движется к аноду:

    При постоянном напряжении на экранирующей сетке, поток электронов от катода к аноду почти исключительно зависит от напряжения сетки, то есть напряжение анода может варьироваться в широком диапазоне, не оказывая практически никакого влияния на ток анода. Это способствует получению стабильного усиления, а также лучшей линейности, то есть более точного воспроизведения формы входного сигнала.

    Несмотря на преимущества, полученные при добавлении в лампу экранирующей сетки, эта конструкция обладала и некоторыми недостатками. Наиболее существенный недостаток заключался в так называемой вторичной эмиссии. Когда электроны из катода бомбардируют поверхность анода, то его поверхность также начинает испускать электроны. Эти электроны суть электроны «вторичной эмиссии». В триоде вторичная эмиссия не представляет столь большой проблемы, но в тетроде с положительно заряженной экранирующей сеткой, находящейся в непосредственной близости, эти «вторичные электроны» будут направляться к экранирующей сетке, а не к аноду, в результате чего будет наблюдаться потеря анодного тока. Меньший ток анода означает меньший коэффициент усиления, что нежелательно.

    Для решения этой проблемы были разработаны два новых типа электронных ламп: мощная электронно-лучевая трубка и пентод.

    Тактические и профессиональные фонари. В первую очередь, это светотехнические средства, пригодные для применения в экстремальных и сложных условиях, а так же техника, оптимизированная для узкого спектра задач, например подствольные фонари или фонари для дайвинга.

    14452 0

    Активная распределенная антенная система представляет собой двунаправленный репитер, который усиливает и дублирует выходной сотовый сигнал внутри одного помещения. Усиленный сигнал дублируется с помощью внутренней антенны. Подобным образом дублируется сотовый сигнал и за пределами здания.

    6617 0

    Для схемы данного интегратора подойдёт практически любая модель операционного усилителя, но в списке необходимых компонентов указана модель 1458, так как входные токи смещения этого ОУ гораздо выше. Как правило, высокий входной ток смещения считается плохой стороной того или иного операционного усилителя, если он используется в схеме усилителя постоянного тока (и особенно в схеме интегратора!).

    8128 0

    Движение электронов в магнетроне


    Deprecated: Non-static method Date_TimeZone::getDefault() should not be called statically, assuming $this from incompatible context in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/pear/date/Date.php on line 201

    Deprecated: Non-static method Date_TimeZone::isValidID() should not be called statically, assuming $this from incompatible context in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/pear/date/Date.php on line 576

    Notice: Undefined offset: 1 in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/common/common.class.php on line 343

    Notice: Undefined offset: 1 in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/common/common.class.php on line 343

    Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

    Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

    Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

    Deprecated: mysql_escape_string(): This function is deprecated; use mysql_real_escape_string() instead. in /home/carkey/hitech/hardtech/kernel/common/db/mysql.class.php on line 135

    Движение электронов в магнетроне
    ­Вследствие того что к катоду магнетрона прикладывается большое отрицательное напряжение, между его анодом и катодом создается сильное постоянное электрическое поле. Электроны, вылетающие из катода, под действием этого электрического поля с большой скоростью движутся к аноду. Если бы в магнетроне не было магнитного поля, электроны двигались бы прямо к аноду. При наличии магнитного поля траектории электронов будут искривляться, так как магнитное поле действует на движущийся электрон подобно тому, как оно действует на проводник с током. Направление силы, действующей на электрон, можно определить, пользуясь правилом левой руки, при этом четыре вытянутых пальца надо расположить навстречу движению электронов (так как направление тока противополо­жно направлению движения электронов). Если магнитное поле направлено от читателя за чертеж, то электрон будет отклоняться в направлении хода часовой стрелки. Траектории электронов будут искривляться тем сильнее, чем сильнее магнитное поле. Усиливая магнитное поле, можно заставить электроны пролетать в непосредственной близости от анода и возвращаться на катод. Такое именно магнитное поле, называемое критическим, и устанавливается в магнетроне.

    Необходимо отметить, что постоянное магнитное поле только изменяет направление движения электронов, но не может ускорить или замедлить их. Вследствие этого оно не может также увеличить или уменьшить запас энергии, которым обладает электрон. Обмениваться энергией электрон может только с электрическим полем. На пути к аноду электрон постепенно увеличивает свою скорость за счет энергии постоянного электрического поля и накапливает энергию; обратное движение электрона от анода к катоду происходит против сил электрического поля, за счет энергии, накопленной электроном; при этом скорость его движения постепенно уменьшается. Накопленной электроном энергии как раз хватает для того, чтобы вернуться на катод. Если на пути своего движения электрон потеряет часть своей энергии, он не долетит до катода, а остановится где-то между анодом и катодом и начнет двигаться обратно к аноду.

    Знаете ли вы, что самое популярное рекламное издание — газета «Из рук в руки» — имеет интернет-представительство с удобным сервисом для размещения бесплатных объявлений Обнинск. Так же упростился и поиск необходимой информации — упразднилась необходимость штудировать узкие столбцы с мелким шрифтом, теперь поисковая система выдаст в соответствии с вашим запросом искомые данные. ­

    Наша продукция

    …


    Warning: Unknown: write failed: Disk quota exceeded (122) in Unknown on line 0

    Warning: Unknown: Failed to write session data (files). Please verify that the current setting of session.save_path is correct (/opt/alt/php56/var/lib/php/session) in Unknown on line 0

    Электролиз расплавленных солей — Электроны и химические реакции — AQA Synergy — Объединенная научная редакция GCSE — AQA Synergy

    Электролиты

    Электролиты — это ионные соединения, которые:

    В этих условиях ионы в электролитах могут свободно перемещаться в жидкости или решение.

    Электролиз — это процесс, при котором электрическая энергия от источника постоянного тока (DC) разрушает электролиты. Свободно движущиеся ионы в электролитах притягиваются к противоположно заряженным электродам, которые подключаются к источнику постоянного тока.

    Электроды и ионы

    Отрицательно заряженный электрод при электролизе называется катодом. Положительно заряженные ионы движутся к катоду.

    Положительно заряженный электрод при электролизе называется анодом. Отрицательно заряженные ионы движутся к аноду.

    Ионы движутся к противоположно заряженному электроду.

    Продукты электролиза

    Когда ионы достигают электрода, они приобретают или теряют электроны. В результате они образуют атомы или молекулы элементов:

    • положительные ионы получают электроны от отрицательно заряженного катода
    • отрицательные ионы теряют электроны на положительно заряженном аноде

    Расплавленный бромид свинца, PbBr 2 (l), это электролит.Во время электролиза:

    • Pb 2+ ионы приобретают электроны на катоде и становятся атомами Pb
    • Br — ионы теряют электроны на аноде и становятся атомами Br, которые объединяются в пары, образуя молекулы Br 2

    Таким образом, на отрицательном электроде образуется свинец, а на положительном электроде образуется бром.

    Свинец и бром образуются при электролизе расплавленного бромида свинца

    Рабочий пример

    Предсказать продукты электролиза расплавленного хлорида кальция.

    Положительно заряженные ионы кальция движутся к отрицательному электроду. Здесь они получают электроны для образования атомов кальция, поэтому кальций образуется на отрицательном электроде.

    Отрицательно заряженные ионы хлора движутся к положительному электроду. Здесь они теряют электроны, образуя атомы хлора. Атомы объединяются в пары, образуя молекулы Cl 2 , поэтому на положительном электроде образуется газообразный хлор.

    Во время электролиза расплавов солей на катоде образуется металл, а на аноде — неметалл.

    Вопрос

    Предсказать продукты электролиза расплавленного оксида алюминия.

    Показать ответ

    Алюминий образуется на отрицательном электроде, а кислород образуется на положительном электроде.

    Полууравнения во время электролиза — Высшее

    Полууравнения используются, чтобы показать, получил ли атом или ион электроны в реакции или потерял их.

    Во время электролиза положительные ионы притягиваются к отрицательному электроду (катоду) и приобретают электроны, образуя нейтральные атомы.Например, с использованием ионов свинца:

    Pb 2+ + 2e — → Pb

    Между тем отрицательные ионы притягиваются к положительному электроду (аноду) и теряют электроны, образуя нейтральные атомы или молекулы. Например, ионы хлора образуют молекулы хлора:

    2Cl — → Cl 2 + 2e —

    Поскольку газообразный хлор состоит из молекул, каждая из которых имеет два атома, в левой части этого уравнения показаны два иона хлорида, которые необходимы для образования молекулы Cl 2 .

    Что такое гель-электрофорез? | Факты

    Электрофорез — это метод, обычно используемый в лаборатории для разделения заряженных молекул, таких как ДНК, по размеру.

    • Гель-электрофорез — это метод, обычно используемый в лабораториях для разделения заряженных молекул, таких как ДНК, РНК и белки, в зависимости от их размера.
    • Заряженные молекулы движутся через гель, когда через него пропускают электрический ток.
    • Электрический ток пропускается через гель, так что один конец геля имеет положительный заряд, а другой конец — отрицательный.
    • Движение заряженных молекул называется миграцией. Молекулы движутся навстречу противоположному заряду. Таким образом, молекула с отрицательным зарядом будет притягиваться к положительному концу (противоположности притягиваются!).
    • Гель состоит из проницаемой матрицы, немного похожей на сито, через которую молекулы могут перемещаться при прохождении электрического тока.
    • Более мелкие молекулы мигрируют через гель быстрее и, следовательно, перемещаются дальше, чем более крупные фрагменты, которые мигрируют медленнее и, следовательно, преодолевают меньшее расстояние.В результате молекулы разделяются по размеру.

    Гель-электрофорез и ДНК

    • Электрофорез позволяет различать фрагменты ДНК разной длины.
    • ДНК заряжена отрицательно, поэтому при приложении электрического тока к гелю ДНК будет перемещаться к положительно заряженному электроду.
    • Более короткие нити ДНК проходят через гель быстрее, чем более длинные нити, в результате чего фрагменты располагаются по размеру.
    • Использование красителей, флуоресцентных меток или радиоактивных меток позволяет увидеть ДНК на геле после их разделения. Они появятся на геле в виде полос.
    • Маркер ДНК с фрагментами известной длины обычно пропускается через гель одновременно с образцами.
    • Сравнивая полосы образцов ДНК с полосами на маркере ДНК, вы можете определить приблизительную длину фрагментов ДНК в образцах.

    Как проводится гель-электрофорез?

    Подготовка геля

    • Гели агарозы обычно используются для визуализации фрагментов ДНК.Концентрация агарозы, используемой для приготовления геля, зависит от размера фрагментов ДНК, с которыми вы работаете.
    • Чем выше концентрация агарозы, тем плотнее матрица и наоборот. Меньшие фрагменты ДНК разделяются при более высоких концентрациях агарозы, в то время как более крупные молекулы требуют более низкой концентрации агарозы.
    • Чтобы сделать гель, порошок агарозы смешивают с буфером для электрофореза и нагревают до высокой температуры, пока весь порошок агарозы не расплавится.
    • Расплавленный гель затем выливают в лоток для отливки геля, и на одном конце помещают «гребешок», чтобы сделать лунки для образца, в который будет пипетировать.
    • Как только гель остынет и затвердеет (теперь он будет непрозрачным, а не прозрачным), гребешок удаляется.
    • Многие люди сейчас используют готовые гели.
    • Затем гель помещают в резервуар для электрофореза, и буфер для электрофореза наливается в резервуар до тех пор, пока поверхность геля не будет покрыта. Буфер проводит электрический ток.Тип используемого буфера зависит от приблизительного размера фрагментов ДНК в образце.

    Подготовка ДНК к электрофорезу

    • Краситель добавляется к образцу ДНК перед электрофорезом, чтобы увеличить вязкость образца, что предотвратит его выплытие из лунок и так, чтобы миграция образца через гель видно.
    • Маркер ДНК (также известный как стандарт размера или лестница ДНК) загружается в первую лунку геля.Фрагменты в маркере имеют известную длину, поэтому их можно использовать для приблизительного определения размера фрагментов в образцах.
    • Подготовленные образцы ДНК затем переносятся в оставшиеся лунки геля.
    • Когда это будет сделано, крышка помещается на резервуар для электрофореза, проверяя правильность ориентации геля, положительного и отрицательного электродов (мы хотим, чтобы ДНК перемещалась через гель к положительному концу).

    Разделение фрагментов

    • Затем включается электрический ток, так что отрицательно заряженная ДНК перемещается через гель к положительной стороне геля.
    • Более короткие участки ДНК перемещаются быстрее, чем более длинные, поэтому перемещаются дальше во время прохождения тока.
    • Расстояние, на которое ДНК мигрировала в геле, можно оценить визуально, отслеживая миграцию красителя загрузочного буфера.
    • Электрический ток остается включенным достаточно долго, чтобы гарантировать, что фрагменты ДНК перемещаются по гелю достаточно далеко, чтобы разделить их, но не настолько долго, чтобы они стекали с конца геля.

    Иллюстрация оборудования для электрофореза ДНК, используемого для разделения фрагментов ДНК по размеру.Гель находится в резервуаре с буфером. Образцы ДНК помещают в лунки на одном конце геля, и через гель пропускают электрический ток. Отрицательно заряженная ДНК движется к положительному электроду. Изображение предоставлено: Genome Research Limited

    Визуализация результатов

    • После того, как ДНК переместилась достаточно далеко через гель, электрический ток отключается, и гель удаляется из емкости для электрофореза.
    • Для визуализации ДНК гель окрашивают флуоресцентным красителем, который связывается с ДНК, и помещают на ультрафиолетовый трансиллюминатор, который показывает окрашенную ДНК в виде ярких полос.
    • В качестве альтернативы краситель можно смешать с гелем перед его заливкой.
    • Если гель растекся правильно, будет видна полосатая структура маркера ДНК / стандарта размера.
    • Затем можно судить о размере ДНК в вашем образце, представив горизонтальную линию, проходящую поперек полос маркера ДНК. Затем вы можете оценить размер ДНК в образце, сопоставив их с ближайшей полосой в маркере.

    Иллюстрация, показывающая полосы ДНК, разделенные на геле.Длина фрагментов ДНК сравнивается с маркером, содержащим фрагменты известной длины. Изображение предоставлено: Genome Research Limited

    Эта страница последний раз обновлялась 21.07.2021

    Почему фрагменты ДНК движутся к аноду во время гель-электрофореза?

    Почему фрагменты ДНК перемещаются к аноду во время гель-электрофореза? Фрагменты ДНК заряжены отрицательно, поэтому они движутся к положительному электроду.Поскольку все фрагменты ДНК имеют одинаковое количество заряда на массу, небольшие фрагменты перемещаются через гель быстрее, чем большие.

    Почему ДНК движется к аноду при гель-электрофорезе? Гель-электрофорез и ДНК

    ДНК заряжена отрицательно, поэтому при приложении электрического тока к гелю ДНК будет перемещаться к положительно заряженному электроду. Более короткие нити ДНК проходят через гель быстрее, чем более длинные нити, в результате чего фрагменты располагаются по размеру.

    Почему ДНК перемещается к аноду? ДНК состоит из нуклеиновых кислот, дезоксирибозы, сахара и фосфата. Сахар и фосфат составляют основу ДНК. Поскольку фосфатные группы заряжены отрицательно, ДНК в целом получает отрицательный заряд. Таким образом, он перемещается к аноду, который является положительно заряженным полюсом при гель-электрофорезе.

    Почему ДНК перемещается к катоду во время электрофореза? Заряженные частицы можно разделить, поскольку они мигрируют к разным концам геля.В гель-электрофорезе положительный полюс называется анодом, а отрицательный — катодом; следовательно, заряженные частицы будут мигрировать к соответствующим узлам.

    Почему фрагменты ДНК движутся к аноду во время гель-электрофореза? — Связанные вопросы

    Почему фрагменты ДНК мигрируют во время викторины электрофореза?

    Почему ДНК движется при электрофорезе? ДНК заряжена отрицательно, поэтому, если она находится в присутствии электрического тока, она будет двигаться к положительному полюсу.Образцы ДНК помещают в лунки, разрезают на горизонтальную пластину агарозы и электрофореза.

    Анод положительный или отрицательный?

    В батарее или другом источнике постоянного тока анод является отрицательной клеммой, а в пассивной нагрузке — положительной клеммой. Например, в электронной трубке электроны от катода перемещаются через трубку к аноду, а в гальванической ячейке отрицательные ионы осаждаются на аноде.

    Как узнать, правильно ли проходит гель-электрофорез?

    Как узнать, правильно ли проходит гель-электрофорез? Он пузырится.Вы можете увидеть, как метиловый синий перемещается из лунки в гель. ДНК становится красной.

    Почему более мелкие фрагменты ДНК движутся быстрее?

    Более короткие сегменты ДНК обнаруживают больше пор, через которые они могут перемещаться, более длинные сегменты ДНК должны больше сжиматься и двигаться вверх или вниз. По этой причине более короткие сегменты ДНК перемещаются по своей дорожке с большей скоростью, чем более длинные сегменты ДНК.

    Что не может быть поводом к использованию электрофореза?

    Пояснение: Электрофорез не может расположить молекулы по форме позвоночника.

    Почему агароза используется для разделения ДНК?

    Поскольку ДНК имеет однородное соотношение масса / заряд, молекулы ДНК разделены по размеру в агарозном геле в таком порядке, что пройденное расстояние обратно пропорционально логарифму ее молекулярной массы (3).

    Что такое буфер, зачем его используют в электрофорезе?

    Высококачественные буферы — важная часть электрофореза. Они позволяют току проходить через образец, сопротивляясь изменениям pH всего раствора.Выбор буфера зависит от изоэлектрической точки анализируемого образца.

    Что такое электрофорез и его принцип?

    Принципы. Электрофорез — это общий термин, который описывает миграцию и разделение заряженных частиц (ионов) под действием электрического поля. Электрофоретическая система состоит из двух электродов с противоположным зарядом (анод, катод), соединенных проводящей средой, называемой электролитом.

    Почему ДНК перемещается к положительному электроду во время викторины для гель-электрофореза?

    ДНК заряжена отрицательно из-за всех фосфатных групп в основе ДНК.Таким образом, ДНК будет двигаться к положительному электроду. По мере того, как кусочки ДНК перемещаются через гель, они сталкиваются с сопротивлением.

    Почему при гель-электрофорезе фрагменты ДНК удаляются от отрицательного электрода?

    Почему при гель-электрофорезе фрагменты ДНК удаляются от отрицательного электрода? ДНК заряжена отрицательно, поэтому она притягивается к положительному концу блока. Вы только что изучили 32 семестра!

    Что означает каждая полоса при гель-электрофорезе?

    Поскольку все фрагменты ДНК имеют одинаковый заряд на массу, небольшие фрагменты перемещаются через гель быстрее, чем большие.Когда гель окрашивают ДНК-связывающим красителем, фрагменты ДНК можно увидеть в виде полос, каждая из которых представляет группу фрагментов ДНК одинакового размера.

    Почему анод отрицательный?

    Анод отрицательный в электрохимической ячейке, потому что он имеет отрицательный потенциал по отношению к раствору, в то время как анод положительный в электролитической ячейке, потому что он подключен к положительной клемме батареи.

    Как отличить анод от катода?

    Анод — это электрод, в который проникает электричество.Катод — это электрод, через который выдается или вытекает электричество. Анод обычно является положительной стороной. Катод — это отрицательная сторона.

    Что делит ДНК на крошечные фрагменты?

    В лаборатории рестрикционные ферменты (или рестрикционные эндонуклеазы) используются для разрезания ДНК на более мелкие фрагменты. Разрезы всегда производятся по определенным нуклеотидным последовательностям.

    Почему в гель-электрофорезе вместо воды используется буфер?

    Вместо того, чтобы просто использовать воду, мы используем буферные растворы, которые позволяют ДНК плавно проходить через гель.Эти растворы оптимизируют pH и концентрацию ионов в геле, а также будут омывать гель, поскольку он подвергается воздействию электрического тока, который фактически перемещает ДНК через гель.

    Почему мРНК так сложно увидеть на геле?

    Popular Answers (1) общая РНК содержит 80% рРНК и только 3% мРНК. Вот почему его трудно увидеть в геле из-за более низкого процента, и поэтому мы анализируем целостность РНК, глядя на три полосы рРНК.

    Какие фрагменты ДНК перемещаются дальше всего?

    Поскольку ДНК заряжена отрицательно, она движется к положительному электроду.Самые короткие фрагменты ДНК пройдут дальше всего, а самые длинные фрагменты останутся ближе всего к источнику.

    Почему более длинные фрагменты кажутся ярче на геле бромистого этидия, чем более короткие фрагменты?

    Для визуализации фрагментов ДНК мы добавили окрашивающий агент этидий бромид к гелю и буферному раствору. Больше ДНК в полосе дает более интенсивное окрашивание этой полосы. Так, например, 50 нг ДНК в полосе дают в два раза больше (= более яркое) окрашивание, чем 25 нг.

    Какие факторы влияют на подвижность электрофореза?

    Электрофорез

    прост, быстр и высокочувствителен. Скорость миграции зависит от: ✓ Молекулярного заряда (чистого заряда) ✓ Формы и размера молекулы ✓ Силы электрического поля, ✓ Ионной силы, вязкости и температуры среды.

    Каков pH буфера TAE?

    Буфер

    TAE представляет собой буферный раствор, содержащий смесь основания Трис, уксусной кислоты и ЭДТА. В молекулярной биологии он используется в электрофорезе агарозы, как правило, для разделения нуклеиновых кислот, таких как ДНК и РНК.Он состоит из трис-ацетатного буфера, обычно с pH 8,3, и EDTA, который изолирует двухвалентные катионы.

    Почему буфер TAE используется в электрофорезе в агарозном геле?

    Функция буфера TBE и TAE заключается в том, чтобы позволить нуклеиновым кислотам перемещаться через матрицу агарозы. Следовательно, гель агарозы должен быть полностью погружен в буфер. Кроме того, буфер TBE или TAE поддерживает pH и концентрацию ионов во время электрофореза.

    Электролиз | Химия [Магистр]

    Прогнозирование продуктов электролиза

    Электролиз — это способ разделения соединения путем пропускания через него электрического тока; продукты являются составными ионами соединения.

    Цели обучения

    Предсказать продукты реакции электролиза

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Основными компонентами электролитической ячейки являются электролит, постоянный ток и два электрода.
    • Ключевой процесс электролиза — это обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.
    • Окисление ионов или нейтральных молекул происходит на аноде, а восстановление ионов или нейтральных молекул происходит на катоде.
    Ключевые термины
    • электролит : Вещество, которое в растворе или расплавленном состоянии ионизирует и проводит электричество.
    • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

    Что такое электролиз?

    Чтобы предсказать продукты электролиза, нам сначала нужно понять, что такое электролиз и как он работает. Электролиз — это метод разделения связанных элементов и соединений путем пропускания через них электрического тока.Он использует постоянный электрический ток (DC), чтобы вызвать в противном случае несамопроизвольную химическую реакцию. Электролиз очень важен с коммерческой точки зрения как стадия отделения элементов из природных источников, таких как руды, с использованием электролитической ячейки.

    Основные компоненты, необходимые для проведения электролиза:

    • Электролит: вещество, содержащее свободные ионы, которые являются переносчиками электрического тока в электролите. Если ионы неподвижны, как в твердой соли, то электролиз не может происходить.
    • Источник постоянного тока (DC): обеспечивает энергию, необходимую для создания или разряда ионов в электролите. Электрический ток переносится электронами во внешней цепи.
    • Два электрода: электрический проводник, который обеспечивает физический интерфейс между электрической цепью, обеспечивающей энергию, и электролитом.

    Обмен атомами и ионами

    Ключевым процессом электролиза является обмен атомами и ионами путем удаления или добавления электронов во внешнюю цепь.Необходимые продукты электролиза находятся в физическом состоянии, отличном от состояния электролита, и могут быть удалены некоторыми физическими процессами.

    Каждый электрод притягивает ионы противоположного заряда. Положительно заряженные ионы или катионы движутся к катоду, обеспечивающему электроны, который является отрицательным; отрицательно заряженные ионы или анионы движутся к положительному аноду. Вы могли заметить, что это противоположность гальванической ячейки, где анод отрицательный, а катод положительный.

    На электродах электроны поглощаются или высвобождаются атомами и ионами. Те атомы, которые приобретают или теряют электроны, становятся заряженными ионами, которые переходят в электролит. Те ионы, которые приобретают или теряют электроны, чтобы стать незаряженными атомами , отделяются от электролита. Образование незаряженных атомов из ионов называется разрядкой. Энергия, необходимая для миграции ионов к электродам, и энергия, вызывающая изменение ионного состояния, обеспечивается внешним источником.{4 -} _ 6 [/ латекс]

    Нейтральные молекулы также могут реагировать на любом электроде. Реакции электролиза с участием ионов H + довольно распространены в кислых растворах. В щелочных водных растворах реакции с участием гидроксид-ионов (OH — ) обычны. Окисленные или восстановленные вещества также могут быть растворителем, которым обычно является вода, или электродами. Возможен электролиз с участием газов.

    Прогнозирование продуктов электролиза

    Давайте посмотрим, как прогнозировать продукты.Например, на какие два иона распадется CuSO 4 ? Ответ: Cu 2+ и SO 4 2-. Давайте посмотрим на эту реакцию внимательнее.

    Электролиз сульфата меди : два медных электрода помещают в раствор синего сульфата меди и подключают к источнику электрического тока. Ток включен на некоторое время.

    Берем два медных электрода и помещаем их в раствор синего сульфата меди (CuSO 4 ) и включаем ток.- [/ латекс]

    Мы только что видели, как электрический ток расщепляет CuSO 4 на составляющие ионы. Это все, что нужно для предсказания продуктов электролиза; все, что вам нужно сделать, это разложить соединение на составляющие ионы.

    Электролиз хлорида натрия

    Два широко используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия, которые дают разные продукты.

    Цели обучения

    Предсказать продукты электролиза хлорида натрия в расплавленных и водных условиях

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Металлический натрий и газообразный хлор могут быть получены электролизом расплавленного хлорида натрия.
    • Электролиз водного раствора хлорида натрия дает водород и хлор, при этом водный гидроксид натрия остается в растворе.
    • Причина различия заключается в том, что восстановление Na + (E ° = –2,7 об.) Энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 об.).
    Ключевые термины
    • анод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит окисление.
    • катод : электрод электрохимической ячейки, на которой происходит восстановление.

    Электролиз NaCl

    Как мы уже говорили, электролиз — это прохождение постоянного электрического тока через ионное вещество, которое либо расплавлено, либо растворено в подходящем растворителе. Это приводит к химическим реакциям на электродах и разделению материалов. Два обычно используемых метода электролиза включают расплав хлорида натрия и водный раствор хлорида натрия. Вы можете подумать, что оба метода дадут вам одинаковые продукты, но это не так. Давайте рассмотрим каждый из методов, чтобы понять различные процессы.

    Электролиз расплавленного NaCl

    Если хлорид натрия расплавляется (выше 801 ° C), два электрода вставляются в расплав и через расплав соли пропускается электрический ток, после чего на электродах происходят химические реакции.

    Электролизная ячейка для расплавленного хлорида натрия : Промышленная электролизная ячейка для производства металлического натрия и газообразного хлора из расплавленного NaCl. Жидкий натрий всплывает в верхнюю часть расплава над катодом и сливается в резервуар для хранения.{-} [/ латекс]

    Общая реакция — это разложение хлорида натрия на элементы:

    [латекс] 2 \ text {NaCl} \ rightarrow 2 \ text {Na} (\ text {s}) + {\ text {Cl}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

    Электролиз водного NaCl

    Что происходит, когда у нас есть водный раствор хлорида натрия? Что ж, мы не можем забыть, что мы должны учитывать воду в уравнении. Поскольку вода может как окисляться, так и восстанавливаться, она конкурирует с растворенными ионами Na + и Cl — .Вместо производства натрия производится водород.

    Электролиз водного раствора хлорида натрия : Электролиз водного раствора NaCl приводит к образованию водорода и хлорида. На аноде (A) хлорид (Cl-) окисляется до хлора. Ионоселективная мембрана (B) позволяет противоиону Na + свободно проходить через нее, но предотвращает диффузию анионов, таких как гидроксид (OH-) и хлорид. На катоде (C) вода восстанавливается до гидроксида и газообразного водорода. Чистый процесс представляет собой электролиз водного раствора NaCl на промышленно полезные продукты — гидроксид натрия (NaOH) и газообразный хлор.{-} (\ text {aq}) + {\ text {H}} _ {2} (\ text {g}) + \ frac {1} {2} {\ text {Cl}} _ {2} ( \ text {g}) [/ latex]

    Восстановление Na + (E ° = –2,7 об.) Энергетически сложнее, чем восстановление воды (–1,23 об.), Поэтому в водном растворе будет преобладать последнее.

    Вывести продукты электролиза расплава соли : Электролиз расплава соли дает элементы из соли. Итак, электролиз WCl4 дает W и Cl2.Ионы металлов получают электроны на отрицательном электроде, а неметаллы теряют их на положительном электроде.

    Электролиз воды

    Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без электролита, такого как кислота или основание.

    Цели обучения

    Вспомните свойства электролита, которые позволяют проводить электролиз воды

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • Электролиз раствора серной кислоты или соли, такой как NaNO 3 , приводит к разложению воды на обоих электродах.
    • На катоде появится водород, а на аноде появится кислород.
    • Количество образующегося водорода в два раза превышает количество молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором.
    Ключевые термины
    • электролиз : химическое изменение, возникающее при пропускании электрического тока через проводящий раствор или расплав соли.

    Чистая вода не может подвергаться значительному электролизу без добавления электролита.{-} [/ латекс]

    E ° = -1,23 В

    Умножение катодной реакции на 2, чтобы соответствовать количеству перенесенных электронов, дает это чистое уравнение после объединения ионов OH — и H + с образованием воды:

    Сеть: [латекс] 2 {\ text {H}} _ {2} \ text {O} (\ text {l}) \ rightarrow 2 {\ text {H}} _ {2} (\ text {g} ) + {\ text {O}} _ {2} (\ text {g}) [/ latex]

    E = -1,23 v

    Водород появится на катоде, отрицательно заряженном электроде, где электроны входят в воду, и кислород появится на аноде, положительно заряженном электроде.Количество образовавшихся молей водорода в два раза больше количества молей кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором. Количество электронов, проталкиваемых через воду, в два раза превышает количество генерируемых молекул водорода и в четыре раза больше количества генерируемых молекул кислорода.

    Иоганн Риттер, который изобрел первую электрохимическую ячейку, был одним из первых, кто открыл разложение воды электричеством.

    Электролиз воды : Устройство, изобретенное Иоганном Вильгельмом Риттером для разработки электролиза воды.

    Стехиометрия электролиза

    Количество химического изменения, которое происходит при электролизе, стехиометрически связано с количеством электронов, которые проходят через элемент.

    Цели обучения

    Предсказать, сколько кулонов потребуется для данной электрохимической реакции

    Основные выводы

    Ключевые моменты
    • С точки зрения источника напряжения и цепи вне электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер.
    • Требуется 96 485 кулонов, чтобы составить моль электронов, единицу, известную как фарадей (F).
    • Эквивалентный вес вещества определяется как молярная масса, деленная на количество электронов, необходимых для окисления или восстановления каждой единицы вещества.
    Ключевые термины
    • кулонов : В Международной системе единиц — производная единица электрического заряда; количество электрического заряда, переносимого током в 1 ампер, протекающим в течение 1 секунды.Символ: C.
    • Фарадей : количество электричества, необходимое для депонирования или высвобождения 1 грамма эквивалентного веса вещества во время электролиза; приблизительно 96 487 кулонов.

    Стехиометрия электролитической ячейки

    Степень химического изменения, происходящего в электролитической ячейке, стехиометрически зависит от количества молей электронов, проходящих через ячейку. С точки зрения источника напряжения и цепи за пределами электродов, поток электронов обычно описывается в терминах электрического тока с использованием единиц СИ — кулонов и ампер.Чтобы составить моль электронов, требуется 96 485 кулонов — единица, известная как фарадей (F).

    Это соотношение было впервые сформулировано Майклом Фарадеем в 1832 году в форме двух законов электролиза:

    1. Вес веществ, образующихся на электроде во время электролиза, прямо пропорционален количеству электричества, которое проходит через электролит.
    2. Вес различных веществ, образованных при прохождении одного и того же количества электричества, пропорционален эквивалентному весу каждого вещества.- \ rightarrow \ text {V} [/ latex]).

      Большинство стехиометрических задач, связанных с электролизом, могут быть решены без явного использования законов Фарадея. «Химия» в этих задачах обычно очень элементарна; основные трудности обычно возникают из-за незнания основных электрических устройств:

      • ток (в амперах) — это скорость переноса заряда: 1 ампер = 1 [латекс] \ frac {\ text {Coulombs}} {\ text {second}} [/ latex].
        • Мощность
      • (в ваттах) — это скорость производства или потребления энергии: 1 Вт = 1 [латекс] \ frac {\ text {Джоуль}} {\ text {second}} [/ latex]. -} = 1184 \ \ text {Coulombs} [/ latex]

        1.5 часов эквивалентны 5400 секундам:

        [латекс] \ frac {1184 \ \ text {Coulombs}} {5400 \ \ text {секунды}} = 0,22 \ \ text {Amps} [/ latex]

        Рентгеновская трубка

        ВОПРОСЫ

        1. Внутри рентгеновской трубки находятся анод и катод. Что заряжено отрицательно, а какое положительно?
        2. Какова роль анода и катода в производстве рентгеновских лучей?
        3. Почему анод сделан из вольфрама и почему он установлен на меди.Если на то пошло, почему он крутится?
        4. Что такое цепь низкого напряжения рентгеновского аппарата?
        5. Что, черт возьми, является фокусом вашего рентгеновского аппарата?
        6. Что такое эффект каблука?
        7. Что такое «несфокусное» или «стволовое» излучение?
        8. Что заставляет большинство рентгеновских аппаратов выходить из строя? (Какая часть обычно выходит из строя первой)?
        9. В идеале вам нужна техника с высоким КПД и низким мАс. (меньше секунд = меньше артефактов движения и меньше износа нити).Хорошо, допустим, мы используем 60 квп и 10 мА при 0,4 сек. Как мы могли получить такую ​​же пленку, но с более высоким КПД и более низким мА?
        10. Если говорить о рентгеновском аппарате, что, черт возьми, такое «исправление»?

        ОТВЕТЫ

        1. Это вопрос дислексического типа, потому что электроды названы не по тому, как они заряжены, а по тому, как частицы движутся к ним. «Кат» означает положительный, означающий, что положительно заряженные частицы направляются к катоду.«An» означает, что отрицательно заряженные и отрицательно заряженные частицы направляются к аноду. Это означает, что катод заряжен отрицательно, а анод — положительно.
        2. Катод представляет собой нить накала, которая нагревается при зарядке машины. Другими словами, мы помещаем на катод кучу электронов. Анод — это цель (поле атомов, через которое мы будем пропускать электроны. Когда мы нажимаем педаль до упора, мы помещаем разность потенциалов между анодом и катодом, и в этот момент электроны перемещаются по на цель и рентгеновские лучи.
        3. Там довольно жарко, все эти электроны летают и генерируются рентгеновские лучи. Фактически, когда электронный луч ударяет по аноду, 99% потерянной энергии теряется в виде тепла, а не в виде фотонов (я ненавижу, когда это происходит). Мы вращаем анод, чтобы рассеять тепло, а медь помогает отводить тепло. Фактическая мишень сделана из вольфрама из-за высокого числа Z у вольфрама (мы получаем рентгеновские лучи, а не какой-либо другой вид света).
        4. Цепь низкого напряжения нагревает нить (катод), то есть помещает электроны на катод.Обратите внимание, что катод имеет форму чашки, чтобы фокусировать электроны. В схеме есть переменный резистор, который позволяет вам установить, сколько электронов вы поместите на катод (установка мА). Также есть «понижающий трансформатор» — нам нужно около 10 вольт в этой цепи, а в стене — около 220. Также есть цепь высокого напряжения, которая создает высокий потенциал на электродах. В нем есть повышающий трансформатор, поэтому мы можем получать киловольт на наших электродах, а не только жалкие 220 вольт на стене.
        5. Фокусное пятно — это область на анодной мишени, куда попадает электронный луч. Более крупное фокусное пятно может вместить больше тепла и, таким образом, помогает машине прослужить дольше. Это особенно необходимо, если вы собираетесь быстро снимать фильмы или пытаетесь проникнуть в большое животное. Однако небольшое фокусное пятно дает лучшую детализацию рентгенограммы. На самом деле это еще не все, но без фотографий я не могу вам показать.
        6. Ладно, попробую без картинок объяснить.Представьте себе прямоугольник, высокий и худой. Отрежьте левый нижний угол. Так выглядит анод с мишенью в срезанном углу. Скажем, электронный луч направляется прямо в этот срезанный угол. Рентгеновские лучи излучаются из этой точки во всех направлениях на 360 градусов вокруг фокального пятна. Но у нас нет первичного луча, который вращается на 360 градусов, потому что анод сделан из металла, а металл хорошо поглощает рентгеновские лучи. Сотрите ту часть фасоли на 360 градусов, которую снимает анод.Таким образом, первичный пучок более тяжелый для рентгеновских лучей на стороне катода и более слабый (меньше фотонов) на стороне анода. Вы должны приложить самую толстую часть вашего пациента к катоду, чтобы воспользоваться эффектом пятки. (Имеет ли это смысл? Если нет, я попытаюсь загрузить графику.)
        7. Этот тип излучения относится к рентгеновским лучам, возникающим в результате взаимодействия электронов и других частей трубки, кроме мишени. Мы не можем контролировать направление полученных фотонов, поэтому они будут способствовать запотеванию пленки, а не первичному лучу.Мы бы хотели убрать их из поля зрения (без каламбура). Встраивание мишени в графит, который имеет низкое число Z, помогает гарантировать, что результирующие фотоны не в фокусе будут иметь низкую энергию и будут поглощены корпусом трубки задолго до того, как они увидят пленку ниже.
        8. Нить накала (катод) обычно сначала выходит из строя. Когда вы покупаете рентгеновский аппарат, нить накаливания выдерживает 500 минут при максимальной температуре, прежде чем она сломается. Вы знаете, тепловой стресс. Вы можете испортить машину гораздо раньше, настроив пленку, нажав переключатель режима ожидания (который нагревает пленку и раскручивает анод), а затем не снимая пленку.(Вы тратите драгоценные минуты жизни нити накала.) Когда нить накаливания выходит из строя, амперметр на машине не двигается, когда вы щелкаете пленку, и пленка не экспонируется, когда выходит из процессора. Следующая наиболее вероятная причина неисправности — это перегретые анодные подшипники. Жужжание анода просто звучит забавно или вообще не звучит. Без вращения поверхность анода будет ямиться, и луч не будет надежно соответствовать настройкам kvp.
        9. Когда вы увеличиваете kvp на 10, вы можете сократить мА вдвое и получить ту же пленку.Таким образом, мы могли использовать 70 кВп и 10 мА за 0,2 секунды. Мы также можем использовать 90 квп, 5 мА и 0,1 сек.
        10. В настенную розетку подается переменный ток. Это означает, что потенциал, заставляющий электроны двигаться по медному проводу вашего компьютера, подключенного к стене, заставляет электроны двигаться вперед, затем они останавливаются, затем движутся назад и продолжают чередоваться таким образом. Что ж, ваш рентгеновский аппарат не использует движущихся назад электронов, поэтому нам нужно внести некоторые изменения (исправление.)

          При использовании устройства, называемого «выпрямитель», обратный ток блокируется. Это единственное, что решает проблему, потому что теперь можно использовать только половину электронов (мы заблокировали те, которые идут назад). Что ж, это неэффективно. .

          Итак, возьмем трехфазный генератор.Теперь накладываем 3 генератора тока 120 градусов рассинхронизировано. Это означает, что мы получаем довольно постоянное движение вперед и позволяем очень короткое время выдержки. (Это еще одна вещь, которая, кажется, требует иллюстрации. Дайте мне знать, если она вам понадобится.)

        фотонов — Почему электроны движутся к аноду в эксперименте с фотоэлектрическим эффектом?

        Рассмотрим установку для экспериментов с фотоэлектрическим эффектом, показанную на рисунке 11.1

        Изменение фототока в зависимости от напряжения, приложенного к $ \ mathrm {A} $ и $ \ mathrm {C} $, показано на рисунке 11.3.

        Мой вопрос —

        Почему ток не равен нулю, даже если напряжение равно нулю?

        Рассмотрим ситуацию, в которой напряжение на пластинах равно нулю. Фотоны достаточной частоты ударяются о внешнюю поверхность катода, эмиттерную пластину $ \ mathrm {C} $. Электроны освобождаются от притяжения ядра, когда их чистая энергия становится положительной.

        Почему я считаю, что чистого тока быть не должно?

        Как только фотоны ударяются о внешнюю поверхность катода (предполагаемая толщина от $ 1 $ до $ 10 $ атомных диаметров), электроны становятся свободными. Теперь, когда у электронов есть кинетическая энергия, они выйдут из этой внешней поверхности. Теперь электроны (с кинетической энергией) должны иметь равную вероятность движения во всех направлениях поверхности. Таким образом, примерно половина электронов должна пройти в правильном направлении к аноду и столкнуться с ним, а половина должна пойти влево, пытаясь проникнуть во внутренние поверхности катодной пластины.

        Теперь электроны, которые пойдут вправо, столкнутся с некоторым полем из-за пространственного заряда, присутствующего в трубке, но, тем не менее, некоторые электроны определенно достигнут анодной пластины. После удара об анодную пластину они столкнутся с некоторым сопротивлением, но все же некоторые электроны достигнут медных проводов с низким сопротивлением, подключенных к анодной пластине и миллиамперметру.

        Теперь рассмотрим электроны, которые идут налево. Они определенно столкнутся с сопротивлением от катодной пластины, но некоторые все равно будут достигать медного провода.

        Теперь, поскольку нет разницы потенциалов между $ \ mathrm {A} $ и $ \ mathrm {C} $, нет необходимости в коммутаторе и вольтметре. Итак, амперметр соединен последовательно с анодными пластинами и катодными пластинами медными проводами.

        Теперь, если в цепи есть установившийся ток, электроны, испускаемые с одной из сторон, должны преобладать над другой. Но количество электронов, испускаемых с обеих сторон, одинаково, и все электроны должны иметь одинаковое сопротивление, так как ток (электроны) должен течь по замкнутому контуру.Но если количество и скорость электронов, идущих с обеих сторон, одинаковы, чистого тока быть не должно. Но есть. Почему?

        Редактировать —

        Из ответов anna v и mmainville видно, что испускание электронов зависит от угла испускания света. Но все же вопрос остается. Если электроны, испускаемые к аноду, имеют достаточно энергии, чтобы замкнуть цепь и снова достичь отверстий в катоде, несмотря на сопротивление между ними, электроны, испускаемые слева, должны иметь достаточно энергии, чтобы прийти к анодной пластине через медные провода и снова выбрасываться через анод. пластины за счет своей кинетической энергии и достигают катодной пластины.В этом случае ток также должен быть равен нулю, что неверно. Почему?

        Анод — точка назначения

        Анод — это электрод, через который обычный ток поступает в поляризованное электрическое устройство. В самом простом виде анод в электрохимии — это точка, в которой происходит реакция окисления. Это положительно заряженный электрод, с помощью которого электроны покидают электрическое устройство. Это контрастирует с катодом, электродом, через который обычный ток покидает электрическое устройство.Распространенным мнемоническим символом является КИСЛОТА, что означает «ток анода в устройство». В батарее или другом источнике постоянного тока анод является отрицательной клеммой, а в пассивной нагрузке — положительной клеммой. Направление обычного тока (поток положительных зарядов) в цепи противоположно направлению потока электронов, поэтому (отрицательно заряженные) электроны вытекают из анода во внешнюю цепь. Обычно на аноде отрицательные ионы или анионы из-за своего электрического потенциала имеют тенденцию реагировать и испускать электроны.Это связано с тем, что электрод, подключенный к положительной клемме батареи, находится там, где отрицательно заряженные ионы теряют электроны, то есть окисляются. Это электрод или вывод, через который ток поступает в электролитический элемент, гальванический элемент, батарею и т. Д.

        В гальваническом элементе анод — это электрод, на котором происходит реакция окисления. Например, в электронной трубке электроны от катода проходят через трубку к аноду, а в гальванической ячейке отрицательные ионы осаждаются на аноде.Если мы возьмем гальванический элемент, анод имеет отрицательную природу, и электроны в основном движутся к внешней части цепи. В электролитической ячейке он снова положительный. Он отрицательный в электрохимической ячейке, потому что он имеет отрицательный потенциал по отношению к раствору, в то время как анод положительный в электролитической ячейке, потому что он подключен к положительной клемме батареи.

        Анод — это также проволока или пластина, имеющая избыточный положительный заряд. Следовательно, анионы будут стремиться двигаться к аноду.Аноды образуют поверхность, на которой происходит окисление топлива в элементе, поэтому правильная конструкция и выбор материалов жизненно важны для обеспечения высоких рабочих характеристик и долговечности.

    alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *