Elektřina

klid

 Částicové Zoo – o tom, jak elektrony zajišťují chod vesmíru


Elektrony patří k těm nejzajímavějším částicím, jaké známe. Našlo by se jen málo vlastností hmoty, na které by nemělo vliv jejich chování.

Vodivá, nevodivá a polovodivá hmota

Podle toho, jakou dávají elektronům volnost, dělíme látky na vodiče, nevodiče a polovodiče. Ve vodičích, kovech, jsou elektrony dobře pohyblivé a nejsou provázány s konkrétními atomovými jádry. Dalo by se říci, že elektrony jsou v kovech nezadaní singles a nenavazují žádná déle trvající manželství s jádry atomů. Polovodiče jsou oproti tomu látky, ve kterých je délka manželství silně ovlivňována pomocí vnějších podmínek. Všichni jistě víme, jak efektivně se dá rozbít svazek dvou lidí dobře vymyšlenou pomluvou. U polovodičů je to teplota nebo dopadající záření, kdo mění vlastnosti původního materiálu tak, že je buď vodivý nebo nevodivý. Nevodivé sloučeniny mají oproti tomu sympatickou vlastnost – jejich jádra atomů a kolem nich kroužící elektrony vykazují pozoruhodnou vzájemnou věrnost. Mimochodem – nejen vodivost látek, ale také jejich chemické vlastnosti jsou závislé na vzájemném působení jejich elektronů. Proč nespadne elektron do jádra atomu? O tom, jak vypadají atomy, dnes máme poměrně dobrou představu. V centru se nacházejí protony a neutrony, ze kterých se vytváří poměrně husté a těžké jádro. Kolem nich se rozprostírá relativně velký prostor, ve kterém není nic. A to doslova. V tomto nic se pohybují jednotlivé elektrony, které vyvažují kladný náboj protonů v jádře svým negativním nábojem tak, aby byl výsledný atom elektricky neutrální. Tento jednoduchý systém ale vyvolává logickou otázku: jak to, že negativní elektron nespadne do jádra atomu? Jádro má přece kladný a elektron záporný náboj. Oba náboje se přitahují díky elektromagnetické síle. Je to ta samá síla, kterou najdete v každé fungující zásuvce. Jak je tato síla mocná, se může přesvědčit každý, kdo strčí do zásuvky nůžky nebo pletací jehlici. Přesto se zjevně elektrony nachází na stabilních drahách kolem jádra atomu, aniž by měly sebemenší úmysl, je opouštět. Vysvětlení nabízí zákony kvantové fyziky. Elektron je velice malým objektem. Podléhá proto kvantovým jevům, ovládajícím svět minimálních rozměrů.Jedním z nich je vlnově částicový dualismus. Na elektron můžeme nahlížet nejen jako na částici, ale také jako na vlnu. Když je vázaný v atomu, je jeho vlnová povaha zřetelnější. Připomíná vlny na hladině vody, poté, co jste do ní vhodili kámen. Na rozdíl od vodních vln stojí elektronová vlna a nepohybuje se. Taková stojící vlna je stabilní a do jádra spadnout nemůže. Jak takové vlny vypadají? Dají se prý přirovnat k rozezněné kytarové struně. Na té se také tvoří oblasti, které se pohybují a uzly, které jsou v klidu. Při pohledu na pohybující se část struny vidíme jen oblast, ve které se pohybuje, rychlost jejího pohybu nám neumožňuje vidět samotnou strunu jasně a definovaně. Elektronové orbitaly – klece pro naše elektronové opeřence. Zákony, které určují život v kvantovém světě, jsou pro nás velice exotické. Starají se mimo jiné o rozmístění jednotlivých elektronů v přesně definovaných oblastech kolem jádra atomu. V případě našeho částicového Zoo se jedná o jevy, které určují, že v jedné kleci bude jen jeden samec a jedna elektronová samička.

Kvantový objekt elektron například podléhá principu neurčitosti. Ten říká, že čím přesněji určíme jednu z dvou vybraných vlastností (zde místo, kde se elektron nachází a jeho rychlost), tím méně přesně můžeme určit tu druhou – bez ohledu na to, jak dobré přístroje máme. V praxi to znamená, že se nedá říci, kde přesně se elektron právě vyskytuje. Dají se ale určit jeho pravděpodobné koordináty. Na následujícím obrázku je zakreslen stav, který pozorujeme u elektronů v atomu vodíku (vlevo) a lithia (vpravo).

Vodík má ve svém jádře jen jeden jediný proton. Jeho pozitivní náboj vyrovnává jeden jediný elektron. Ten se nachází uvnitř kulového prostoru, který zmiňovaný proton symetricky obklopuje. U atomu lithia je to komplikovanější. Lithium má v jádře hned tři protony. Drží je pohromadě silná jaderná interakce, síla, která působí jen na velmi malé vzdálenosti.  Roli lepidla mají kromě toho tři neutrony. Jak protony, tak neutrony si neustále vyměňují identity, takže jednotlivé součásti nemohou přesně říci, kdo je kdo. Díky tomu drží pohromadě a nerozletí se na všechny strany, jak by tomu mělo být v případě, že by podléhaly jen elektromagnetické síle. Kolem tohoto velice živého jádra pak krouží tři elektrony, které vyrovnávají tři kladné náboje v centru systému. Jak je vidět v pravé části obrázku, v prvním, jádru nejbližším kulovitém prostoru, se nacházejí jen dva z nich. Projevuje se tu tzv. Pauliho vylučující princip – další ze zákonů kvantového světa. Ten říká, že se dvě stejné částice s poločíselným isospinem nemohou vyskytovat ve stejném čase ve stejném prostoru. Elektrony mají odpovídající isospin, musí tedy Pauliho princip dodržovat. Příroda dala elektronům navíc do vínku další vlastnost – pomyslný směr, kterým rotují. Jejich spin tedy může mít hodnotu -1/2 nebo +1/2. Do jedné kulovité, přesně vymezené oblasti kolem jádra se tedy vejdou maximálně dva elektrony. Musí mít přitom opačný spin. Když se vrátíme do našeho pomyslného částicového Zoo, vidíme kolem jádra atomu rozmístěné klece s elektronovými opeřenci. Do každé klece ale smíme umístit jen jeden jediný pár ptáků – samce a samici. Pokud nějací ptáci přebývají, musíme pro ně najít další klec. Vzhledem k tomu, že u lithia ještě jeden elektron přebývá, vytváří se pak další kulovitá oblast, která je dále od jádra atomu. V ní pak „bydlí“ zbylý elektron. Identická situace panuje i u větších atomů s komplikovaným a těžkým jádrem, složeným z několika desítek protonů a neutronů. „Klece“, do kterých se uzavírají další a další elektrony, mají pak už jiný tvar, než původní kulovité oblasti blízko jádra. Na následujícím obrázku můžete vidět tvar všech „klecí na elektrony“.

V dolní části obrázku vidíte řádek, na kterém je zachycena posloupnost jednotlivých „klecí“. První dva elektrony mohou zaujmout místo v kulovitém, jednoduchém orbitalu úplně blízko jádra. Říká se mu „1s“. Další orbital je také kulový, je ale jádru vzdálenější (viz obrázek s příkladem vodíku a lithia) a nese název „2s“. Další klec pro elektrony je pak už exotičtější. Jedná se o tzv. 2p orbital. Ten má tvar prostorově vybavené osmičky. Jelikož není (tak jako koule) symetrický ve všech třech směrech prostoru, nabízí nám tu příroda jiný model symetrie – p orbitaly mohou být až tři a jsou pak uloženy na všech třech prostorových osách. Tím pádem se do „p“ orbitalů vejde hned šest elektronových opeřenců. Pokud atomu ještě nějaké elektrony zbyly, uloží se do následujících orbitalů – 3s (dva elektrony), 3p (ano, správně tušíte, že i tady uskladní příroda 6 elektronů) a Následuje poněkud exotický orbital 3d, který je podobně jako jeho p-kolega prostorově komplikovaný. Ten se může skládat z pěti částí tak, že se do něj vejde až 10 elektronů. U velice těžkých jader přichází na řadu i tzv. „f-orbitaly“, které jsou ještě složitější, tvoří je až sedm částí a pojmou až 14 elektronů. Výčet nám známých chemických prvků končí číslem 118 – v celém nám známém vesmíru tedy momentálně potřebujeme „klece“ na 118 elektronů. Vznik a rozpad elektronů. Elektron je nejlehčí elektricky nabitou částicí. Zákony fyziky říkají, že se nemůže rozpadat na menší kusy. Žádné menší částice totiž neexistují. Elektrony jsou stabilní, což potvrzují i nesčetné experimenty. Elektrony naopak v našem vesmíru mohou vznikat díky jednomu speciálnímu jevu: beta-minus- rozpadu jader atomů. Záhadné chování elektronů při kolizích. Elektrony se projevují jako částice a zároveň mají vlnové vlastnosti, což dnes už v podstatě nikoho nepřekvapí. Jejich dualita je všeobecně známá a dostatečně medializovaná. Při speciálních experimentech elektrony ale ukazují další zajímavé vlastnosti. V běžném „životě“ je elektron jednoduchou částicí bez další struktury. Má určitou hmotnost a elektrický náboj. Pomocí těchto dvou vlastností lze předpovědět jeho chování ve většině procesů, do kterých je zapleten. Při kolizích s pozitrony (antielektrony) v urychlovačích částic se ale elektron projevuje exoticky. Kolize s pozitrony mají za následek vznik přehršlí částic jako jsou kvarky, gluony, miony, tau-leptony, fotony nebo neutrina. Na jednu stranu je tedy elektron nedělitelnou částicí bez vlastní vnitřní struktury, na druhou stranu je něčím, co obsahuje množství jiných částic? Jak vysvětlit fakt, že se v elektronu nachází zároveň „nic“ i „celý svět“? Věda tu narazila na koncept, kterému se říká kvantová cenzura. Zdá se, že některé vlastnosti kvantových částic nejsou stabilní – mění se v závislosti na tom, jak vysokou energií se je snažíme prozkoumat. Při nízkých energiích může systém zůstat v původním stavu a nemusí odhalovat svou komplikovanou strukturu. Do určité výše (na ně působících) energií zůstávají částice masivní a jednolité. Teprve tehdy, když překročíme určitý limit, dají se z nich oddělit jejich součásti.

Samozřejmě se nedá očekávat, že z něčeho takového budou elektrony nadšené. Experiment probíhá jen v přísně daných podmínkách – tentokrát nejen fyzikálních (teplota a tlak) ale také prostorových. Elektrony jsou částice, které mají svůj vlastní elektrický náboj a tzv. „spin“, směr, kterým se otáčejí kolem své osy. Mají tedy také severní a jižní pól. Rotace kolem osy pak vede ke vzniku magnetického pole. Situace je podobná stavu naší Země – ta má také severní a jižní pól a magnetické pole, které se kolem ní rozprostírá a chrání ji před kosmickým zářením. Vzhledem k tomu, že se elektrony pohybují kolem jádra atomu a tvoří tak „elektrický proud“, produkují ještě další magnetické pole, kterému se říká „orbitální moment“. Už před zhruba 15 lety, při experimentu s tzv. „nanodrátem“ (velice tenkým vodivým drátem s průměrem jen několik atomů), se vědcům podařilo od sebe oddělit dvě základní vlastnosti elektronů – náboj a spin. Vzniklé kvazičástice měly jen jednu ze zmiňovaných vlastností. Částice, nesoucí náboj dostala prozatímní jméno „holon“. Nové pokusy byly provedeny s uměle konstruovanými krystaly smíšených oxidů mědi a stroncia (Sr2CuO3). Nacházely se v nich tenké „tunely“. Pokud se do nich elektrony dostaly, byly v nich uvězněné a mohly se pohybovat jen ve dvou směrech – „vpřed“ nebo „vzad“.Ozářením rentgenovými paprsky uštědřili vědci elektronům vyšší energii. Částice se pak rozdělily na dvě části. Oba druhy nově vzniklých kvazičástic se pohybovaly odlišnou rychlostí. Podařilo se tak separovat ty, které nesou jen spin (spinony) a ty, které nesou jen orbitální moment (orbitony).

Vraťme se zpátky do našeho částicového Zoo. Popis předešlého experimentu není nic pro slabé povahy. Ošetřovatel odchytí v kleci jednoho z papoušků a strčí ho do úzké trubičky, aby mu nemohl uletět. Potom použije rentgenové nůžky a ostříhá mu postupně všechna pírka dvou barev. Tato pírka naskládá na dvě hromádky. Pokud s papouškem soucítíte, možná vás potěší fakt, že se papouškovi moc velká újma nestane. Ani on ani jeho pestrá okrasa totiž nemohou klec opustit. A zdá se, že jakmile ošetřovatel dosáhne svého a z klece odejde, náš malý hrdina se znovu zázračně opeří a chová se, jako by se mu nikdy nic zlého nepřihodilo. I proto pro nás zůstává elektron nadále malým tajemstvím. Kdoví, při jakých dobrodružstvích ho v budoucnu ještě přistihneme?

Spirálová struktura elektronu podle znalostí PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA

Ve skutečnosti se elektron skládá z 13 fantomových částic Po
a má jedinečnou strukturu. ((Zpráva «PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA»)

Nedávno jsem se seznámil se zprávou «PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA», která byla vytvořena výzkumnou skupinou mezinárodního společenského hnutí «ALLATRA». Zpráva obsahuje jedinečné informace o struktuře elektronu.

Po detailním obeznámení s informacemi obsaženými ve zprávě a také v knihách Anastasie Novych, jsme přišli na určité geometrické prostorové zákonitosti uspořádání fantomových částic Po (zkoncentrovaných shluků septonů) ve spirálové struktuře ELEKTRONU. Výzkum začal vizuální analýzou obrázku č.8, který je uveden na straně 62 zprávy „PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA“ [1], a obrázku přeměny elektronu z částice na vlnu na straně 173 knihy „AllatRa“ (pozn. překladatele: str. 163 česká verze).

elektron-1

Obrázek ze zprávy „PRAPŮVODNÍ FYZIKA ALLATRA“

2_přeměna elektronu

Obrázek z knihy „ALLATRA“

 

Zkusme proanalyzovat fakta uvedená ve zprávě a v knize „AllatRa“:

  • Zbytky tohoto starověkého východního učení se odráží v různých sbírkách indické literatury, včetně sbírky „Vaysheshikasutra“, v níž je zmínka o extrémně malé částečce, která má sférický tvar (parimandalya)a je primární neměnnou příčinou všech věcí (str. 11) [1].
  • …v trojrozměrném světě nemá ezoosmická membrána prakticky žádnou tloušťku, ale zároveň je reálná a její vnitřní prostor je neomezený. Mezi sousedními ezoosmickými membránami nacházejícími se na stejné přímce (ve stejné řadě) je vždy absolutní vzdálenost (str. 45) [1].
  • Fantomová částecká Po, je uspořádaná struktura, která je v neustálém spirálovitém pohybu ([1], (str. 61).
  • Elektron se skládá z 13 fantomových částeček Po (str. 76) [1].
  • …Ale vědci zatím nevědí, že i samotný elektron je stočený do spirály. Přičemž tato spirála (jedná a ta sama) může být zatočena jak doleva tak i doprava, v závislosti na rozmístění náboje. Takže, právě díky takovému spirálovitému tvaru a změně místa koncentrace náboje, přechází tento elektron snadno ze stavu částice do stavu vlny a naopak. (kniha „AllatRa“, str. 172), [2] (pozn. překladatele: str. 163 česká verze).
  • …Ve stavu částice má elektron vnější záporný náboj a levotočivou spirálu, ale ve stavu vlny má pravotočivou spirálu a vnější kladný náboj. A celá tato přeměna probíhá díky ezoosmóze. (kniha „AllatRa“ str. 173). [2]

Podíváme-li se pozorně na obrázek č. 8, můžeme najít určité geometrické zákonitosti prostorového uspořádání fantomových částeček Po v levotočivé spirálovité struktuře:

  1. Pomyslná centra fantomových částeček Po levotočivé spirály elektronu se nachází na povrchu sféry (jako velmi malá částečka, která má sférický tvar (parimandalya)).
  2. Pomyslná centra fantomových částeček Po jsou rovnoměrně rozmístěna podél osy, od jednoho pólu sféry k druhému, tj. absolutní vzdálenost mezi ezoosmickými membránami odpovídá vzdálenosti mezi fantomovými částečkami Po, podél středové osy, spojující hlavní a poslední fantomovou částečku Po (každá z fantomových částeček Po je na své úrovni).
  3. Prostorová levotočivá spirála elektronu má variabilní (proměnlivý) poloměr.
  4. Počet otoček levotočivé spirály elektronu se rovná sedmi (7).

Pro další analýzu levotočivé spirály ELEKTRONU jsem použil program AutoCAD [3], s jehož pomocí jsem vytvořil spirálu, podél které se automaticky rozmístili sféry pomyslného poloměru (fantomové částečky Po). Parametry Archimédovy spirály jsou následující:

  • počet závitů ve spirálovité struktuře elektronu vždy zůstává konstantní a rovná se sedmi (7);
  • poloměr největšího závitu byl vzat jako jedna celá;
  • výška spirály se měnila libovolně, aby bylo možné porovnat výsledky simulace.

Ukázalo se, že při pohledu na spirálovitou strukturu elektronu seshora, se fantomové částečky Po rozmístily určitým způsobem (viz obr. 3) – ve tvaru znaku AllatRa (kniha „AllatRa“, стр. 474) [2] ( pozn.: v čestině str. 451), který je také zobrazen na titulní straně zprávy „PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA“.

spirálovitá struktura elektronu

Taková prostorová struktura spirály neodpovídala přesně obrázku č. 8 uvedenému ve zprávě [1], ale podobnost struktury byla zřejmá. Proto bylo nutné správně zmodelovat spirálu a upřesnit prostorové umístění fantomových částeček Po, při uspořádání do tvaru pracovního znaku AllatRa. Proto bylo nutné analyzovat vše z jiného pohledu.

pracovní znak

Pracovní znak „ALLATRA“: prázdný kruh nad prázdným půlměsícem s růžky směrujícími nahoru.

Zavedeme takovou relativní veličinu Δ, která bude charakterizovat poměr počtu závitů a počtu mezer mezi fantomovými částečkami Po v ELEKTRONU.

Tabulka 1

Parametry spirálovité struktury ELEKTRONU

tabulka_1

Tato relativní veličina Δ leží v základu fundamentálního procesu udržujícího dočasnou existenci celého hmotného vesmíru – EZOOSMÓZY.

Je známo, že jeden celý závit spirály odpovídá úhlu 360°. Je také zřejmé, že pomyslná centra fantomových částeček Po jsou rovnoměrně uspořádána podél osy elektronu a spojující dva póly, tzn., fantomové částečky Po, jsou umístěny na určitých úrovních (podobně jako města, která jsou v různých zeměpisných šířkách naší planety). Vzhledem k tomu, že absolutní vzdálenost mezi ezoosmickými membránami zůstává konstantní za jakýchkoli možných podmínek (str. 59) [1], může být vzata za jednotku. Sedm závitů spirály elektronu má 2520 stupňů:            

                                                                          vzoreček_1

Proto se úhel, tvořený dvěma hranami (o) mezi pomyslnými centry fantomových částeček Po, které se nachází na sousedních úrovních, počítá podle vzorce:

vzoreček_2

Jestliže úhel 210o je vnější, potom vedlejší vnitřní úhel mezi úsečkami vedoucími k pomyslným centrům dvou sousedních fantomových částeček Po je: 360о – 210о = 150о

Podívejme se na princip uspořádání spirálovité struktury elektronu. Na horním a dolním pólu spirálovité struktury je vždy umístěna jedna fantomová částečka Po (jedná hlavní a jedná poslední), a zbývající fantomové částečky Po, jsou nerovnoměrně umístěny podél trajektorie spirály pod stejným úhlem (210о) a se stejným odstupem (jehož délka může být vzata za jednotku). Takže, pomyslná centra fantomových částeček Po, jsou umístěna na povrchu sféry, jejíž průměr odpovídá počtu mezer mezi fantomovými částečkami Po elektronu (anebo počtu úrovní fantomních částic Po). Průměr sféry se rovná 12 jednotkám.

Pro zjednodušení můžeme použít vzorce přechodu od sférických souřadnic (šířka (ϕ) a délka (θ) pomyslného centra fantomové částečky Po) do kartézských prostorových souřadnic (x, y, z) [4]. Počátek kartézské soustavy souřadnic se shoduje s geometrickým středem sféry (středový bod osy elektronu), na povrchu které jsou rozmístěna pomyslná centra fantomových částeček Po. Daný souřadnicový systém je lokální.

Tabulka 2

Vzorec přechodu k prostorovým kartézským souřadnicím pomyslných center fantomových částeček Po, podle geometrického středu sféry

tabulka_2_1

kde R – poloměr sféry elektronu, který se rovná 12 jednotkám; θ – délka pomyslného centra fantomové částečky Po (tj. azimut každé fantomové částečky Po, se mění každých 210o proti směru hodinových ručiček); ϕ – šířka fantomové částečky Po. Šířka ϕ pomyslného centra každé fantomové částečky Po, se vypočítá pomocí třetí souřadnice z, která odpovídá úrovni umístění fantomové částečky Po, podle geometrického středu sféry:

vzorečk_3

Dále se trojrozměrné souřadnice pomyslných center vložily do programu AutoCad [3] a bylo provedeno další modelování. Níže jsou zobrazena schémata prostorového uspořádání fantomových částeček Po v elektronu.

schema uspořádání částeček Po v elektronu

Obr. 3. Schéma uspořádání fantomových částeček Po ve spirálovité struktuře ELEKTRONU

rozmístění fantomových částeček Po v elektronu

Obr. 4. Rozmístění fantomových částeček Po na povrchu sféry ELEKTRONU

Je třeba poznamenat, že vzdálenost mezi sousedními fantomovými částečkami Po, podél křivky prostorové spirály elektronu je různá, protože se délka poloměru sféry, na jejímž povrchu se prostorová spirála nachází, mění. Kdybychom spirálu elektronu roztáhli, vypadala by takto (obr. 5):

 

protažená spirálovitá struktura

Obr. 5. Protažená spirálovitá struktura ELEKTRONU.

 

Poté, co bylo zjištěno prostorové rozložení fantomových částeček Po, zbývalo je už jen spojit a podívat se na výsledek. Nejlíp se dařilo spojení oblouky provedené způsobem, který je znázorněn na obrázku níže:

varianty formování znaku allatra

Obr. 6. Varianty formování pracovního znaku Allatra

 

Jelikož se všechny fantomové částečky Po, jako i samotný elektron neustále spirálovitě pohybují v ezoosmickém prostoru, dané schematické vyobrazení znaku AllatRa odpovídá jen jeho schematickému statickému stavu. Obrázek 6 ukazuje dvě varianty sestrojení kružnic (kruh nad půlměsícem), ale v tuto chvíli není známo, jaká interpretace znaku je správná. Tato otázka zůstává otevřená a vybízí k dalším úvahám. V dynamice, vyobrazení znaku AllatRa bude odpovídat pracovnímu znaku z knihy „AllatRa“(str. 451). [2]

ZÁVĚR: Prostorové uspořádání pomyslných center fantomových částeček Po, ve spirálovité struktuře ELEKTRONU odpovídá bodům, skrze které lze provést symetrické oblouky a kruh, což vytváří obraz, velmi podobný pracovnímu znaku AllatRa.

Spirálovité struktury elementárních částic
«…celkový pohyb hmoty ve Vesmíru, včetně celkového pohybu galaxií,
probíhá ve spirále»
z knihy «AllatRa»Ve zprávě «PRAPŮVODNÍ FYZIKA ALLATRA» najdeme velmi zajímavé informace o spirální struktuře elementárních částic. Jsou to neobvyklé informace jdoucí daleko nad rámec představ moderní vědy. Až do teď se oficiální věda opírala o pojem „elementární částice“ bez hlubšího pochopení toho, z čeho se vlastně skládají.Vezměme například elektron, který je vědci považován za nedělitelnou, non-strukturovanou částici. Ale zpráva skupiny vědců ALLATRA SCIENCE rozptýlila tento mýtus. Ve skutečnosti má elektron spirálovitou strukturu a sestává se z 13 fantomových částeček Po. K prozkoumání tohoto směru mě také přivedl článek na webových stránkách ALLATRA SCIENCE «Spirálovitá struktura elektronu podle znalostí PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA». S využitím programu Auto CAD se autoru článku podařila simulace elektronu, při které bylo v jeho struktuře vidět vyobrazení znaku „AllatRa“!Rozhodla jsem se tedy provést simulaci u některých dalších elementárních částic. Nebylo to složité, stačilo jen použít informace ze zprávy o počtu fantomových částeček Po v každé z nich. V tomto článku uvádíme vytvořené (za pomoci simulace) spirálovité vzory pro následující elementární částice: foton-4 (4 fantomové částečky Po), neutrino (5 Po), proton (12 Po), neutron (33 Po) a také pro oficiální vědu dosud neznámé částice, které se skládají ze 7 Po, 25 Po, 39 Po, 47 Po, 60 Po a 72 Po (viz. zprávu „PRAPŮVODNÍ FYZIKA ALLATRA“ с. 78 [1]).V knize «AllatRa» se dočteme, že elektron má ve stavu částice spirálovitou strukturu zatočenou proti směru hodinových ručiček. A v jakém směru jsou zatočené spirálovité struktury jiných elementárních částic ve stavu vlny a částice? Pokud vezmeme v úvahu, že proton a elektron mají různé náboje, potom můžeme říci, že se jejich spirálovité konstrukce mezi sebou také liší, tj. mají jiný směr zatočení spirály ve stavu částice a vlny.Ve článku „Spirálovitá struktura elektronu podle znalostí PRAPŮVODNÍ FYZIKY ALLATRA“ je popsána technika konstruování spirálovité struktury elektronu v AutoCADu [3].

Spirálovitá struktura elementárních částic

(dodatečně uvedeny stránky ze zprávy “PRAPŮVODNÍ FYZIKA ALLATRA“, kde je umístěna podrobná informace o struktuře částice)

foton 4

 

neutrino

elementární částice

proton

elementární částice_25

33_neutron

elementární částice_39

47_elementární částice

elementární částice_60

elementární částice_72

 

Závěr: spirálovité struktury elementárních částic jsou velmi zajímavé téma pro další studium. Projekce rozložení fantomových částeček Po, v rovině kolmé k ose otáčení elementární částice, tvoří odlišný znak pro každou částici. Geometrické charakteristiky a kinematické parametry prostorového uspořádání fantomových částeček Po v elementárních částicích rovněž stojí za úvahu. Vzhledem k velké četnosti spirálových struktur v přírodě a fraktálním zákonitostem, může studium základů struktury elementárních částic vést k neočekávaným objevům v různých oblastech vědy a techniky.

Anna Kolos

Katoda a Anoda

Katoda je elektroda, na které probíhá redukce.

V případě galvanického článku je kladným pólem  +

napětí je následkem emise elektronů

V případě elektrochemického článku (elektrolyzéru) je záporným pólem.  –

napětí na ní je příčinou emise elektronů

Anoda je elektroda, z níž proudí elektrony směrem ke katodě.

V elektrochemii představuje anoda elektrodu, na které probíhá oxidace. V případě vložení vnějšího napětí na elektrody (při elektrolýze) je anoda kladným pólem, v případě elektrického článku záporným pólem.

V elektronice se s tímto názvem můžeme setkat u součástek jako jsou dioda nebo elektronka, kde anoda obvykle představuje elektrodu s kladným napětím. U diod je anoda polovodič typu P a v propustném směru je připojena ke kladnému napětí.

Opakem anody je katoda.

Vedení elektrického proudu v kapalinách – elektrolýza

  • Proč některé kapaliny vedou elektrický proud a jiné ne?
  • Jak funguje plochá baterie?
  • Proč lze akumulátor znovu nabít?

Vezměme nádobu, upevněme do ní dvě kovové desky a ty připojme přes ampérmetr ke zdroji napětí. Do nádoby nalijme destilovanou vodu. Elektrický proud obvodem neprochází. Osolíme-li vodu, začne proud obvodem procházet. Na pokus se můžete podívat na video ¤ (soubor *.rm, 501 kB; ev. soubor *,avi ¤ 2786 kB). Jak toto pozorování vysvětlit?

Destilovaná voda nevede elektrický proud, protože v ní nejsou přítomny žádné volné částice s nábojem. Pokud do ní nasypeme sůl (chemicky NaCl), proběhne elektrolytická disociace – NaCl se rozloží na ionty Na+ a Cl. To už jsou volné částice s nábojem, proto po přiložení napětí obvodem elektrický proud prochází.

Něco k názvosloví: Kapalina, která vede elektrický proud, se nazývá elektrolyt, vodivé desky, které jsou do ní ponořené a ke kterým je připojen zdroj napětí, jsou elektrody. Kladná elektroda je anoda, záporná katoda. Kladné ionty se nazývají kationty (jsou totiž přitahovány ke katodě), záporné ionty pak anionty (viz obr. 1).


obr. 1: Názvosloví

Jiný příklad vedení elektrického proudu v kapalinách (elektrolytech) je tento:
elektrolyt modrá skalice (CuSO4)
anoda: měď
katoda: uhlík

Probíhají tyto reakce:
Elektrolytická disociace: CuSO4 —> Cu2+ + SO42-
Na katodě: Cu2+ + 2e —> Cu (měď z roztoku získá od katody dva elektrony a vylučuje se na ní)
Na anodě: SO42- —> SO4 + 2e
                       SO4 + Cu —> CuSO4 (SO4 odevzdá anodě dva elektrony a “vezme si” z ní jeden atom mědi – anoda se rozpouští)

Koncentrace elektrolytu se nemění (jedna molekula CuSO4 je na začátku reakce a rovněž jedna molekula CuSO4 je na konci).

Toto je základ průmyslové metody zvané galvanické pokovování – nanášení tenkých vrstev jiného kovu na nějaký vodivý povrch (např. chromované kliky, nárazníky, …). Předmět, který chceme pokovit, se použije jako katoda, kov, kterým budeme pokovovat, jako anoda a elektrolyt bude sůl tohoto kovu (v našem případě jsme pokovovali mědí, tedy elektrolyt byl CuSO4).

Změříme-li voltampérovou charakteristiku, zjistíme, že platí Ohmův zákon U = RI (U je napětí na elektrolytu, I proud jím procházející  a R je odpor elektrolytu). Odpor elektrolytu se chová stejně jako odpor kovů ¤ – když k sobě elektrody přiblížíme, odpor klesá (zmenšuje se “délka vodiče”), když nalijeme více elektrolytu, odpor rovněž klesá (zvětšuje se “průřez vodiče”). Na pokus se podívejte na video ¤ (soubor *.rm, 441 kB; ev. soubor *,avi ¤ 2553 kB).

Výroba elektrického napětí

Udělejme další pokus. Jako elektrolyt použijeme zředěnou kyselinu sírovou (H2SO4), jedna elektroda bude zinková a druhá měděná. K elektrodám připojíme voltmetr (obr. 2). Na pokus se podívejte na video ¤ (soubor *.rm, 240 kB; ev. soubor *,avi ¤ 1527 kB).


obr. 2: Měděná a zinková elektroda v roztoku H2SO4

Voltmetr ukazuje napětí mezi elektrodami 1 V, přičemž zinková elektroda je záporná a měděná kladná. Jak toto napětí vzniká?
Měděná elektroda se v kyselině rozpouští. To znamená, že kladné ionty (jádro + valenční elektrony) mědi přecházejí do elektrolytu (vodivostní elektrony v kovech tvoří elektronový plyn a zůstávají v elektrodě). Elektroda se tak nabíjí záporně a elektrolyt kladně.
Zinková elektroda se rovněž v kyselině rozpouští a nabíjí se tak záporně. Zinková elektroda se však rozpouští mnohem více, a proto je “zápornější” než měděná elektroda. Měděná elektroda má tedy vyšší potenciál než zinková a mezi oběma elektrodami je tudíž elektrické napětí. Spojíme-li je vodičem, protéká jím elektrický proud (obr. 3).


obr. 3: Rozpouštění měděné a zinkové elektrody v kyselině sírové. Rozpouštěním přechází do kyseliny kladné ionty a elektrody se nabíjí záporně. Zinková elektroda se rozpouští více a její potenciál je tedy menší než potenciál měděné elektrody.

Tato dvojice elektrod je tedy zdrojem elektromotorického napětí. Obecně vzniká napětí mezi dvojicí elektrod z různého materiálu, které jsou ponořeny do elektrolytu. Podobně fungují i monočlánky (tužkové baterie). V nich je jako katoda použita zinková nádobka, jako anoda uhlíková tyč. Ta je obklopena směsí burelu a uhlíku, která slouží jako depolarizátor. Průchodem proudu elektrolytem totiž probíhá elektrolýza a na elektrodách se usazují sloučeniny, které snižují napětí mezi nimi. Článek se tak vybíjí. Depolarizátor zpomaluje usazování sloučenin a prodlužuje tak životnost článku.
Jako elektrolyt je v článku salmiak (NH4Cl), který je zahuštěn škrobem a má tak kašovitou konzistenci (obr. 4).


obr. 4: Monočlánek skládající se z uhlíkové tyčinky (anoda), zinkové nádoby (katoda), salmiaku (elektrolyt) a burelu s uhlíkem (depolarizátor). Salmiak je shora zalit krycí hmotou (není zakreslena) a uhlík je opatřen kovovou čepičkou.

Tento článek dává napětí 1,5 V. Potřebujeme-li větší napětí, použijeme plochou baterii dávající napětí 4,5 V. Tato baterie obsahuje tři monočlánky spojené do série (obr. 5).


obr. 5: Plochá baterie – sériové spojení tří monočlánků

Monočlánek nelze po vybití znovu nabít. Zdroj stejnosměrného napětí, který lze nabíjet, se nazývá akumulátor. Například olověný akumulátor vytvoříme vložením dvou olověných elektrod do elektrolytu – zředěné kyseliny sírové. Na elektrodách vznikne vrstvička PbSO4. Povrch obou elektrod je ze stejného materiálu, akumulátor je vybit (obr. 6). Elektrolyt je disociován na H+ a SO42-.

Připojíme-li elektrody ke zdroji vnějšího napětí, probíhají následující chemické reakce:
Na katodě: 2H+ + 2e —> 2H
2H + PbSO4 —> Pb + H2SO4
Na anodě: SO42-  —> SO4 + 2e
                       SO4 + PbSO4 + 2H2O —> 2H2SO4 + PbO2

Hustota elektrolytu se zvyšuje (na jednu molekulu H2SO4 na začátku reakce jsou tři molekuly H2SO4 na konci). Na katodě se spotřebovává vrstvička PbSO4 a zůstává tak čisté olovo, na anodě se PbSO4 mění na PbO2. Jakmile se spotřebuje celá vrstvička PbSO4 na katodě, začne se na ní vylučovat plynný vodík (už nemá s čím reagovat). to je znamení, že akumulátor je nabit (obr. 7). Napětí mezi elektrodami je 2,1 V. Když je nyní spojíme přes zátěž, bude obvodem protékat proud.

obr. 6: Vybitý olověný akumulátor. Obě elektrody jsou obaleny PbSO4. obr. 7: Nabitý olověný akumulátor. katoda je čisté olovo, anoda je pokryta PbO2.

Průchodem proudu se akumulátor vybíjí (probíhají opačné chemické reakce než při nabíjení a elektrody se opět pokrývají vrstvičkou PbSO4). Po vybití ho můžeme zase znovu nabít.

Existujeme ve světě plném různých druhů částic. Nejde ale o jen tak ledajaké částice. Jsou to částice, které svou jedinečnou hmotou a energií umožňují lidskou existenci. Níže je uvedeno několik zajímavostí o elementárních částicích, částicové fyzice a energii lidského těla, které jste možná dosud neznali.

Částice, ze kterých jsme složeni

Přibližně 99 % našeho těla je tvořeno atomy vodíku, uhlíku, dusíku a kyslíku. Ve zbývajícím jednom procentu se skrývá mnoho jiných prvků ve stopovém množství, které jsou přesto nezbytně nutné pro náš život.

Většina buněk lidského těla projde během 7-15 let obnovou. Mnoho částic, které jsou součástí těchto buněk, však existují již milióny let. Atomy vodíku v nás, vznikly již při velkém třesku. Atomy uhlíky, dusíku a kyslíku jsou produkty hořících hvězd. Velmi těžké prvky vznikly pří hvězdných explozích.

Velikost atomu řídí umístění jeho elektronů. Jádro je zhruba stotisíckrát menší než velikost vlastního atomu. Pokud by mělo jádro velikost lískového ořechu, potom by se dala velikost atomu přirovnat k basebalovému stadiónu. V případě, že bychom eliminovali veškerý volný prostor atomů v našem těle, vešlo by se pohodlně do prachového zrnka. Celé lidstvo by pak nebylo větší než kostka cukru.

Rozptýlené částice tvoří pouze malou část naší hmotnosti. Protony a neutrony uvnitř jádra atomu se skládají každý ze tří kvarků. Hmotnost kvarků pochází z interakcí s Higgsovým polem a tvoří jen několik procent hmotnosti protonu a neutronu. Gluony nesou jaderné síly, které drží tyto kvarky pohromadě. Samy jsou zcela nehmotné.

Atomy v nás; Zdroj Energy.gov

Atomy v nás; Zdroj: Energy.gov

Složení protonů a neutronů – spolu s elektrony určují vlastnosti atomů. V roce 1964 přišli pánové Gell-Mann a Zweig s teorií, že protony nejsou nejmenší částice, ale skládají se z několika menších „kvarků“. Vznesená hypotéza byla experimentálně potvrzena o tři roky později. Existují dva druhy kvarků, ze kterých jsou protony a neutrony složeny. Protony obsahují dva kvarky typu „u“ (horní) a jeden kvark typu „d“ (dolní). Naproti tomu neutrony obsahují jeden kvark „u“ a dva kvarky „d“.

Pokud tedy naše hmotnost nepochází z hmotnosti těchto částic, kde se vzala? Energie. Vědci se domnívají, že téměř veškerá hmotnost našeho těla pochází z kinetické energie kvarků a vazební energie gluonů.

Gluony – pokud bychom kvarky nazvali stavebními prvky protonů a neutronů (např. cihly), potom gluony fungují jako spojovací hmota (malta). Jsou to elementární částice, které umožňují interakce mezi kvarky a následně vznik jádra atomů.

Tělo je takový malý důl radioaktivních částic. Ročně obdržíme dávku 40 miliremů přirozené radioaktivity pocházející přímo z nás. To je stejné množství radiace, jaké absorbujete po čtyřech rentgenech hrudníku. Svou radiační dávku zvyšujeme i tím, že denně usínáme vedle milované osoby.

Přirozená radioaktivina v nás; Zdroj Energy.gov

Přirozená radioaktivina v nás; Zdroj: Energy.gov

Rem – jednotka dávkového ekvivalentu. Vyjadřuje energii ionizujícího záření i jeho biologické účinky na lidskou tkáň. V Evropě se často setkáváme s jednotkou Sievert (Sv). 1 rem = 0,01 Sv.

Naše těla produkují radioaktivní záření z jídla, které jíme, nápojů, které pijeme a i vzduch, ve kterém jsou obsaženy radionuklidy jako draslík 40 a uhlík 14, je zdrojem působící radiace. Tyto radionuklidy se začlení do našich molekul, rozpadají se a produkují v těle radioaktivní záření.

Když se draslík 40 rozkládá, uvolňuje pozitron, který je antihmotovým dvojčetem elektronu. Každý z nás má v sobě nepatrné množství antihmoty. Průměrný člověk produkuje více než 4000 pozitronů za den, což je přibližně 180 za hodinu. Za krátkou dobu po vzniku narazí do našich elektronů, čímž se oba změní na záření ve formě paprsků gama.

Částice, se kterými jsme v kontaktu

Radioaktivita vznikající uvnitř našeho těla je pouze zlomkem přirozeného záření, se kterým se denně dostáváme do kontaktu. Průměrný člověk absorbuje ročně dávku o velikosti přibližně 620 milirem. Domy, ve kterých žijeme, a půda, na které se pohybujeme, vyzařují nízkou míru radioaktivity. Jen konzumace brazilského ořechu, nebo návštěva zubaře zvýší úroveň dávky o několik milirem. Kouření cigaret může zvýšit dávku radiace až o 16 000 milirem.

Kosmické záření, vysokoenergetická radiace z vesmíru, neustále dopadá do naší atmosféry. Zde se srazí s dalšími jádry a produkuje mezony, které se rozpadají na částice jako miony a neutrina. Tyto částice nás sprchují s periodou asi 10 částic za vteřinu. Přidávají dalších 27 miliremů k naší roční dávce. Kosmické částice mohou způsobit modifikace naší DNA a vyústit v drobné mutace druhu. Jde tedy o faktor, který se podílí na naší evoluci.

Neutrina – elementární částice s velmi nízkou hmotností, bez elektrického náboje. Vznikají při jaderných reakcích zahrnujících rozpad beta.

Navíc jsme neustále bombardováni fotony, které určují, jak vidíme svět okolo nás. Naše Slunce dále uvolňuje částice zvané neutrina. Neutrina jsou stálí návštěvníci našeho těla. Pronikají našim tělem četností 100 triliónů neutrin za vteřinu. Kromě Slunce emitují neutrina i jiné zdroje, včetně jaderných reakcí ostatních hvězd a na naší planetě.

Vodní detektor slunečních neutrin Super-Kamiokande; Zdroj: The Institute for Cosmic Ray Research

Vodní detektor slunečních neutrin Super-Kamiokande; Zdroj: The Institute for Cosmic Ray Research

Mnoho neutrin vzniklo v prvních vteřinách po vzniku vesmíru. Jsou dokonce starší než samotné atomy. Ale tyto částice s okolím reagují tak slabě, že námi prochází bez jakýchkoliv známek své návštěvy.

Přijde neutrino do baru. Barman: „Neutrinům nenaléváme.“ Neutrino: „Nevadí, já jen procházím.“

Nejspíš jsme také neustále pod útokem částic temné hmoty. Temná hmota nevyzařuje, neodráží ani nedokáže absorbovat světlo a je tedy velmi obtížné ji detekovat. Dle současných poznatků se však vědci domnívají, že tvoří 80 % veškeré vesmírné hmoty.

Podíváme-li se na hustotu výskytu temné hmoty v celém vesmíru, dle vědeckých výpočtů zjistíme, že stovky až tisíce částic temné hmoty prochází každou vteřinu našim tělem a o trochu méně částic se často střetává s našimi atomy. Temná hmota však jen velmi slabě interaguje s hmotou, ze které se skládáme, proto s největší pravděpodobností nemá na naše tělo žádný znatelný vliv.

 

Elektronový obal

Elektronový obal je vnější záporně nabitá část atomu. Je tvořen elektrony, částicemi s jednotkovým záporným nábojem, které v sobě spojují vlastnosti hmotných částic i vlnění – někdy mají korpuskulární, jindy vlnový charakter -> dualizmus (dvojakost) částic. Elektrony jsou v elektronovém obalu umístěny ve vrstvách (K, L, M, N, O, P, Q), jejich energie stoupá směrem od jádra (EK < EQ). Vrstvy se dále mohou dělit na více podslupek (s, p, d, f; Es < Ef). Vrstvy a podlsupky se neliší jen energií, ale také v kapacitě – počet elektronů, které tam můžeme umístit.
Existuje část prostoru v okolí jádra atomu, kde se elektron vyskytuje s 95% pravděpodobností. Tato oblast se nazývá orbital. Chování, pohyb a polohu elektronu v elektronovém obalu popisují 4 kvantová čísla, která Schrodinger vypočítal řešením své vlnově mechanické rovnice.

  • hlavní kvantové číslo n:
    vyjadřuje velikost orbitalu a tím i energii elektronu, také udává elektronovou vrstvu, v níž se elektron nachází
    n nabývá hodnot 1, 2, 3, …, 7 – nejvyšší n u doposud známých prvků (popř. K=1, L=2, M=3, …)
    spolu s rostoucm n roste velikost a energie orbitalu
  • vedlejí kvantové číslo l:
    společně s n určuje energii orbitalu a rozhoduje o jeho tvaru, udává podslupku vrstvy elektronového obalu
    l nabývá hodnot 0 a n-1 (např. pro n=4 -> l=0,1,2,4 -> 0-s, 1-p, 2-d,3-f)
  • magnetické kvantové číslo m:
    vyjadřuje orientaci orbitalu v prostoru, udává i celkový počet orbitalů daného typu
    m nabývá hodnot od -l přes 0 a po +l (např. pro l=1 -> m=-1,0,1)
  • spinové kvantové číslo s:
    popisuje vnitřní moment hybnosti, charakterizuje rotaci, chování elektronu v orbitalu
    s nabývá pouze hodnot +1/2 a -1/2
    v atomu žádného prvku nemohou existovat dva nebo více elektronů se všemi čtyřmi kvantovými čísly stejnými, liší se alespoň spinem

Tvary a prostorová orientace orbitalů

    • orbital s
      l=0
      vždy existuje pouze 1 orbital s
      pro jakékoliv n je kulově symetrický
      liší se pouze velikostí, která roste s rostoucím n
    • orbital p
      l=1
      třikrát degenerovaný (m=-1,0,1), vdy 3 orbitaly p
      tvar prostorové osmyčky, uprostřed je uzlová plocha, kde je nulová pravděpodobnost výskytu elektronu
      všechny mají stejnou energii, liší se prostorovou orientací
    • orbital d
      l=2
      pětkrát degenerovaný (m=-2,-1,0,1,2), vždy 5 orbitalů d
      4x tvar prostorového čtyřlístku, 1x tvar prostorové osmičky s prstencem, dvě uzlové plochy
    • orbital f
      l=3
      sedmkrát degenerovaný (m=-3,-2,-1,0,1,2,3), vždy 7 orbitalů f

Znázorňování a zápis orbitalů

    • pomocí rámečků
      – všechny orbitaly se znázorňují stejně velkými rámečky
      – počet rámečků degenerovaných orbitalů (2l+1) se spojí do jednoho celku
      – jednotlivé elektrony se znázorňují šipkami do rámečku
  • pomocí n a l – zápis n velkou arabskou číslicí, typ orbitalu malým písmenem (s, p, d, f)
    – zápis elektronů pomocí exponentu, např. 1s2 (“jedna es dva”) – v orbitalu typu s první elektronové vrstvy se nachází dva elektrony

Elektronová konfigurace atomu

vrstva (n) + podslupka (orbital) + počet elektronů = elektronová konfigurace
obsazení jednotlivých orbitalů se řídí třemi pravidly:

    • Pauliho princip výlučnosti
      V elektronovém obalu nemohou být žádné dva elektrony se všemi čtyřmi kvantovými čísly stejnými, v jednom orbitalu mohou být maximálně dva elektrony s opačným spinem
    • Hundovo pravidlo maximální multiplicity
      V degenerovaných orbitalech vznikají elektronové páry teprve po obsazení každého orbitalu jedním elektronem, nespárované elektrony mají stejný spin
    • Výstavbový princip (princip minimální energie)
      orbitaly s energií nižší se zaplňují dříve než orbitaly s energií vyšší, energie orbitalů se zvyšuje s rostoucí hodnotou součtu hlavního a vedlejšího kvantového čísla (n+l), v případě shody rozhoduje hodnota hlavního kvantového čísla
      energie roste v pořadí: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p

Zápis elektronových konfigurací

    • úplná elektronová konfigurace – zápis všech elektronů
      př. 8O=1s2 2s2 2p4
  • zkrácená elektronová konfigurace – pomocí nejbližšího vzácného plynu s nižším protonovým číslem
    př. 8O=[2He] 2s2 2p4
  • valenční elektronová konfigurace – uspořádání pouze valenčních elektronů
    př. O= 2s2 2p4


(velká číslice – vrstva, číslo perioda; exponent – počet valenčních elektronů, číslo skupiny)

  • valenční elektronová konfigurace pomocí rámečkových diagramů

Excitované stavy atomů

Pravidla o zaplňování orbitalů (Pauliho princip, Hundovo pavidlo, Výstavbový princip) platí pro základní stavy atomu – stav s nejnižší energií.
Jestliže atom pohltí určité množství energie, může dojít k přeskoku jednoho nebo více elektronů do energeticky bohatších orbitalů – excitovaný stav.
U jednoho atomu může existovat více excitovaných stavů. Nejdůleitější pro vlastnosti prvků jsou valenční excitované stavy (X*) – mají vliv na vytváření chemických vazeb.

Valenční excitovaný stav – stav, kdy prvek ze základního stavu excituje valenční elektron (popř. elektrony) do prázdných orbitalů valenční vrstvy.
Některé prvky excitovat nemůožu, u některých atomů existuje více valenčních excitovaných stavů.

Vznik iontů

Přijetím dostatečného množství energie může dojít k odtržení elektronu (popř. elektronů) od atomu => vznik kationtu.
Ionizační energie – energie potřebná k odtržení valenčního elektronu od atomu; čím je hodnota vyšší, tím je prvek reaktivnějí; jednotkou je kJ.mol-1

Při přijetí elektronu (popř. elektronů) atom energii uvolňuje => vznik aniontu.
Elektronová afinita – energie, která se uvolní při přijetí jednoho nebo více elektronů atomem; čím je hodnota vyšší, tím je prvek elektronegativnější; jednotkou je kJ.mol-1

Elektronová konfigurace iontů

Př. 10 elektronů s konfigurací 1s2 2s2 2p6 mohou mít Ne, Na+, F
1H: 1s21H: (2He)

 

Alternativní energie na příštích 300 000 let – hořčík
Stránky Tokijského technického institutu informují o vylepšeném palivovém článku. Alternativní energetický zdroj na bázi hořčíku v němž hlavní roli hraje mořská voda a solární laser tak dostává ucelenější formu.
Ústřední postavou japonské vize je hořčík (magnesium). Ačkoli ho je všude habaděj, díky své poměrně velké reaktivitě se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách. Ve všech má mocenství Mg+2. V zemské kůře je tohoto prvku více než 2 %, čímž se řadí hned za vápník.
K jeho získávání v čisté formě byla vymyšlena celá řada metod. Tento kov se připravuje elektrolýzou taveniny chloridu hořečnatého, kdy se na grafitové anodě uvolňuje chlor a na železné katodě hořčík.  Roztavený hořčík stoupá na povrch a sbírá se lžícemi ve kterých jsou díry. Další možností, jak se dopracovat k je tzv. karbotermický způsob. Provádí se v elektrické obloukové peci při teplotě nad 2000°C, která se musí přesně hlídat, aby nedocházelo k reakci oxidu uhelnatého s parami hořčíku. Další z možností je silikotermický způsob při němž se využívá reakce páleného dolomitu s křemíkem ve vysokovakuových pecích. Všechny stávající metody jsou technologicky složité, ekonomicky náročné a ekologicky nečisté. Japonci navrhují nový postup. Jako zdroj hořčíku má posloužit moře. Vody oceánů ho mají v každém litru  1,35 g a po sodíku je v ní druhým nejvíce zastoupeným kationtem.  Z mořské soli, která zbude po odpaření vody vědci navrhují získávat hořčík vysokou teplotou. Tu má zaopatřit Slunce. Asistovat při tom budou solární panely a solární laser. Bez laseru se to neobejde, protože k dosažení 3700 stupňů Celsia, které jejich technologie vyžaduje, by pouhá solární zrcadla nestačila.
Sluncem napájený laser pohání „hořčíkový cyklus“ jehož produktem je vodík. Ten lze využít v palivovém článku. Nebo jej lze spálit klasicky a roztočit jím třeba turbínu.

Zvětšit obrázek

Pár fresnelových čoček o ploše 1,3 metrů čtverečních soustředí sluneční paprsky do keramického Cr:Nd:YAG oscilačního zesilovače. (Kredit: Tokyo Institute of Technology)

 

Zvětšit obrázek

Schema laseru

Laser, jehož aktivním materiálem je izotropní krystal ytrito-hlinitého granátu (Y3Al5O12) dopovaný ionty neodymu a chromu, ohřeje oxid hořečnatý až na 4000 stupňů Celsia. Teplem se rozloží na základní složky (kyslík a hořčík). Proud inertního plynu argonu odpařené molekuly hořčíku odnáší směrem k chladné mosazné desce, kde se kov usazuje. (Kredit: Applied Physics Letters)

 

 

 

Inženýři z firmy MagPower nyní k budoucímu využití hořčíku přispěli vylepšením palivového článku („kov-vzduch“). K jejich zařízení stačí dodat vodu a sůl (NaCl), ale v nouzi se spokojí i s vodou mořskou. Hořčík v tomto článku funguje jako anoda. Firma MagPower nyní tyto články označované zkratkou MAFC (magnesium –air fuel cell) doplňuje speciální látkou, která eliminuje vznik vodíku. Složení elektrolytické přísady výrobce neuvádí, ale má kromě vychytávání výbušného plynu zlepšovat i parametry vnitřního odporu článku, snižovat tlak v článku a dovolit jejich miniaturizaci. Jiný vědec – Doron Aurbach z Bar-Ilan University v Israeli zase vyvinul hořčíkovou nabíjecí baterii, obdobu dnes používaných článků na bázi lithia. Zdá se, že hořčík se pomalu, ale nezadržitelně prosazuje do své budoucí zářné role.

 

Hořčík + kyslík + voda + sůl + aditiva = elektrický proud (Kredit MagPower Systém, Inc.)

Jeden problém, který se často rád zamlčuje, tu ale zůstává. Ačkoliv hořčík není tak reaktivní jako další kovy alkalických zemin (např. sodík), a nemusí se proto uchovávat pod petrolejem, stačí aby byl v suchu, jeho nahromadění v sobě skrývá dost značné riziko. Má sklony k oxidaci, a jakmile jednou chytne, vytvoří obrovský žár a nic ho neuhasí.  Je například součástí bojové látky označované jako „super napalm„ což je samozápalná směs vzniklá z klasického napalmu přidáním slitiny sodíku a hořčíku. Zapaluje se při styku s vlhkostí a hoří i na sněhu.

Zvětšit obrázek

Tak září hořčík, teplota dosahuje 2 200 stupňů Celsia a kvůli vznikajícímu ultrafialovému záření není radno se do plamene dívat přímo.

Na velkosklady hořčíku praxe zatím není připravena. Japonští vědci se chystají vyřešit i tento problém. Jejich přesvědčení, že naše energetická budoucnost je v hořčíku je neochvějná. Podle šéfa výzkumného týmu Takashi Yabeho zvládnutí této technologie by nám mělo vytrhnout trn z paty zhruba na 300 000 let. Kéž by tak měli Japonci pravdu! Cena ropy se právě dnes vyšplhala na roční maximum 87,22 USD za barel. Česko sice nemá moře, ale v podobě magnezitu  (MgCO3) je tohoto perspektivního prvku u našich slovenských sousedů dost a dost.

English version

Hallův senzor – detektor magnetického pole

Hallův senzor nebo také Hallova sonda je součástka, která detekuje či měří magnetické pole. Pracuje na principu Hallova jevu. Existují dva základní typy: Prvním typem jsou lineární Hallovy senzory, které mají na výstupu napětí úměrné hodnotě magnetické indukce. Druhým typem jsou logické Hallovy senzory, jejichž výstup se může nacházet jen ve dvou stavech. Překlápí se při určité prahové hodnotě a mohou mít určitou hysterezi.
Já jsem při svých experimentech použil hallův senzor z bezkartáčového větráku z PC. V těch se používá logický senzor. V mém případě to byl senzor s dvěma výstupy v provední otevřený kolektor – vždy je jeden výstup otevřený a jeden zavřený. Takový senzor se používá ve větrácích s dvojitou cívkou. Střed dvojité cívky je připojen na + a konce na výstupy senzoru, které obvykle mají povolený proud cca 300 – 800mA. Nejčastěji jsem se setkal s klasickým vývodovým provedením v pouzdře se 4 vývody. Senzory bývají označené stroze 276, 277 apod. Maximální napětí je většinou 18 – 24V. Bývají odolné proti přepólování, ale nespoléhejte na to, dokud nenajdete datasheet. Překlápěcí úrovně jsou obvykle +/- 50 až 120 Gaussů (5 – 12 mT).
Z tohoto jsem si senzoru postavil jednoduchý detektor magnetického pole, viz schéma na Obr. 2. Detektor indikuje přítomnost a polaritu magnetického pole. Vzhledem k mírné nesymetrii senzoru je při slabém nebo žádném magnetickém poli otevřen vždy ten samý výstup. Funkci detektoru znázorňuje Video 2.
Mohl by vás zajímat také Větrák s barevným LED efektem.


Obr. 1 – Schéma zapojení nejjednoduššího bezkartáčového větráku (“větráku z PC”).

Obr. 2 – Schéma detektoru magnetického pole


Hallův senzor ve větráku 12cm.


Ještě jeden větrák.


Vyjmutý senzor


Detektor magnetického pole postavený s tímto Hallovým senzorem.


Video 1 – Demonstrace principu Hallova senzoru a bezkartáčového větráku.


Video 2 – Detektor magnetického pole.