Ктп в энергетике это: Назначение и классификация электроподстанций. Расшифровка КТП,ТП. • 1000Вольт.рф

Содержание

виды и конструкции трансформаторных подстанций, принцип выбора КТПТ для электроснабжения объектов

КТП — трансформаторная подстанция, повышающая или понижающая напряжение в сети переменного тока. Кроме того, одной из основных задач этого оборудования считается распределение электроэнергии по системам электроснабжения потребителей. Устройство позволяет избежать скачков напряжения, которые зачастую происходят во время передачи электрического тока.

Конструктивные особенности

Электроснабжение КТП осуществляется по линиям электропередач напряжением от 6 до 10 кВ. Это значение понижается оборудованием электроустановки до потребительского значения 0,4 кВ.

В конструкцию КТП входят:

  1. РУВН — устройство распределения высшего напряжения.
  2. РУНН — устройство распределения низшего напряжения.
  3. Один или две силовые трансформаторы.
  4. Дополнительные и второстепенные устройства.

РУВН обеспечивает прием высокого напряжения и дальнейшее его распределение. В устройство входят предохранители, которые обеспечивают защиту работы трансформаторов и оборудования. Автоматические выключатели служат для отключения нагрузки при аварийной ситуации. В РУВН входит комплект низковольтных устройств, которые принимают и распределяют переменный ток напряжением 0,4 кВ.

В состав РУНН входят:

  1. Защитные автоматические выключатели ввода и распределения.
  2. Силовые рубильники, которые отключают оборудование, находящееся под напряжением.
  3. Трансформаторы тока, которые относятся к дополнительному оборудованию и предназначены для использования измерительных приборов.
  4. Система обогрева помещения подстанции и счетчиков электроэнергии.
  5. Устройство защиты и подключения резерва.

На подстанции КТП могут применяться масляные и сухие силовые трансформаторы. Если электроустановки масляные, то используется более сложная изоляция, а в полу находятся отсеки для аварийного сброса масла. При использовании сухого преобразователя применяется упрощенная изоляция.

К дополнительному оборудованию относятся

:

  • опорные, штыревые и проходные изоляторы;
  • ограничители напряжения.

Эти устройства используются для подключения КТП при помощи воздушной линии от ближайшей ЛЭП. Оборудование для приема крепится болтовым соединением на крыше преобразователя непосредственно над отсеком РУВН и РУНН.

Чтобы обезопасить специалистов, которые обслуживают оборудование, предусмотрен контур заземления. Выполнен он из металлической полосы, закопанной по периметру КТП на 40—50 см вглубь. К ней подсоединяется все оборудование для защиты его от блуждающих токов.

Классификация электроустановок

Оборудование классифицируется по конструктивным элементам, месту расположения, принципиальным схемам и используемым устройствам. По месту расположения электроустановки могут быть закрытыми (ЗКТП) и открытыми (ОКТП). Открытое оборудование устанавливается непосредственно на площадках, а закрытые — внутри помещений и цехов.

По виду сборки КТП бывают:

  • блочные электроустановки в корпусе из бетона;
  • в корпусе, изготовленном из сэндвич-панелей;
  • в металлическом корпусе.

По способу обслуживания КТП могут быть с коридором или без него. Электроустройства низшего напряжения разделяются на тупиковые (КТПТ) и проходные (КТПП). Эти оба вида относятся к подстанциям киоскового типа, то есть они считаются передвижным оборудованием.

Мобильная компактная сборка защищена от посторонних воздействий оболочкой из металла. Частотная подстанция (КЧТП) монтируется на ровной утрамбованной площадке, бетонных плитах или залитом фундаменте.

Схема оборудования

Схема подстанции разрабатывается с учетом системы обеспечения электроэнергией конкретного объекта. Производитель старается выполнить ее как можно проще, чтобы количество коммутационных приборов было минимальным. Для этого используются автоматические устройства.

При разработке схемы приоритетными считаются:

  • применение шин одинаковой конструкции;
  • использование блочных схем;
  • монтаж систем автоматики и телемеханики.

Если в подстанции используются два силовых трансформатора, то планируется раздельная их работа. Это позволяет снизить токи короткого замыкания.

Иногда трансформаторные подстанции используются в параллельной работе, так как в некоторых случаях это вполне целесообразно. Если при параллельной работе понижающих трансформаторов в одной цепи происходит аварийная ситуация, то автоматически отключаются оба оборудования.

Принципы выбора

В электрических системах используются подстанции с одним или двумя силовыми трансформаторами. КТП с тремя силовыми установками используются очень редко, только в вынужденных ситуациях, так как это вызывает лишние затраты.

Обычно такую схему применяют при раздельном питании силового и осветительного оборудования или для обеспечения электроэнергией объектов при резких переменах нагрузок. На крупных подстанциях специалисты стараются применять только два трансформатора для обеспечения потребителей более надежным электрообеспечением.

Когда на производстве используется несколько мест для электроснабжения или осуществляется обеспечение электроэнергией по схеме более сложного ввода, то допускается применение одного силового трансформатора. При электрическом снабжении по магистральным линиям подстанции рекомендуется подключать к разным цепям, при условии, что есть наличие резерва.

Подстанции с одним и двумя трансформаторами

Электроустановки с одним силовым трансформатором считаются более выгодными, так как при небольших нагрузках за счет перемычек можно часть устройств отключать. При этом создаются более экономические условия эксплуатации, то есть потери мощности в электроустановках незначительны. Однотрансформаторные подстанции могут быть более выгодными и в плане приближения линий передач напряжением 6—10 кВ к потребителям.

Поэтому пользователи зачастую применяют две однотрансформаторные подстанции вместо одной двухтрансформаторной. КТП с двумя трансформаторами чаще используются при большом количестве электропотребителей 1 и 2 категорий. При планировании системы электроснабжения мощность трансформаторов подбирается так, чтобы при выходе из строя одного устройства другое приняло нагрузку на себя.

Обеспечение электричеством населенного пункта, микрорайона города или предприятия может осуществляться от одной или нескольких подстанций. Выбор осуществляется после проведения технического и экономического сравнения нескольких возможностей обеспечения электричеством. Предпочтение получает вариант, который дает минимум затрат на устройство всей системы электроснабжения.

При этом сравниваемые альтернативы должны обеспечивать необходимый уровень надежности снабжения электроэнергией. В этом случае большое значение имеет точный расчет мощности каждого трансформатора. На промышленных предприятиях предпочтение специалисты отдают мощности одного электроустройства равной 630, 1000 или 1600 кВА, а в микрорайонах городов — 400, 630 кВА.

Проектировщики стараются учитывать применение однотипных КТП, так как это более удобный в монтаже и обслуживании вариант. При выборе мощности электроустановки в расчет принимается нагрузка потребителя, продолжительность максимального значения нагрузки, скорость ее возрастания, расценка на электроэнергию. В этом случае важное значение имеет точный расчет нагрузочной способности каждого трансформатора подстанции.

На практике нагрузка силового электроустройства длительный период не превышает номинальное значение, что продлевает его срок эксплуатации. Кроме того, при расчете силовых электроустановок учитывается температура окружающей среды +40 °C, а на практике она в среднем не поднимается выше +30 °C. Средний срок эксплуатации комплектной трансформаторной подстанции составляет 20—25 лет.

Типы трансформаторных подстанций – КТП различных видов в Москве

Электротехнические установки, предназначенные для приема и преобразования дефицитного или избыточного напряжения до потребительских норм и распределения переменного тока между энергоприемниками – это комплектные трансформаторные подстанции.

Компания ТрансЭнергоМонтаж занимается производством и продажей высоковольтного оборудования любой сложности. Вы можете купить КТП любого типа в Москве по выгодной стоимости. Мы делаем сборку стандартных комплексов и трансформаторных станций с нетиповым расположением рабочих узлов.

Технические характеристики

Комплектные трансформаторные подстанции наружного монтажа преобразует трехфазный ток в энергию с сетевым напряжением в 0,4 кВ и стандартной частотой 50 Гц. Подстанцию устанавливают для передачи электропитания от высоковольтных линий к объектам строительства, производства, добычи природных ресурсов, жилым комплексам и районам.

Предлагаемые КТП от производителя ТрансЭнергоМонтаж:

  • Соответствуют ГОСТ 29322-2014, 14695, 1516.3.
  • Преобразуют напряжение до значений 6-10 кВ.
  • Принимают электроток на внешнее устройство в диапазоне 400-630 А, выводят его на распределитель низшего напряжения.
  • Могут быть оснащены одним или двумя трансформаторами любой мощности.
  • Собраны по принципиальным электрическим схемам в соответствии с утвержденными стандартами безопасности.

В нашей компании вы можете приобрести КТП любого типа с силовыми трансформаторами мощностью от 25 до 1600 кВА. Цена трансформаторной подстанции зависит от сложности модели и оснащения установки дополнительным оборудованием.

Оснащение КТП

Трансформаторные подстанции монтируют непосредственно на местах распределения трехфазного электротока. Установки содержат следующие важные системы и узлы:

  • Силовые трансформаторы.
  • Приемный преобразователь наивысшего сетевого напряжения (РУВН).
  • Распределяющее устройство низкого напряжения (РУНН).
  • Кабельные магистрали, заземлители.
  • Защитные системы, резервную автоматику.
  • Приборные панели, коммутационную аппаратуру и датчики.

Оборудование может быть укомплектовано в ящик, киоск, шкаф и т. д. Подстанции понижающего типа классифицируются по широте охвата потребителей на местные, районные и главные.

Условия эксплуатации

Правила использования комплектных подстанций регламентированы государственным стандартом. Срок службы КТП зависит от качества монтажа, соблюдения условий установки и регулярного технического обслуживания станции.

Комплектная трансформаторная подстанция:

  • Устанавливается на высоте, не превышающей 1 км над уровнем моря.
  • Оборудуется на надежной статичной площадке, где исключены механические повреждения, подтопление, присутствие в воздухе электростатических частиц, агрессивной химии.
  • Осматривается квалифицированным электриком не реже двух раз в год.
  • Используется в температурном диапазоне от -45 до +40 °С.

Обратитесь в компанию ТрансЭнергоМонтаж, чтобы получить выгодные предложения по покупке КТП в Москве любой сложности. Наши специалисты подберут подходящий вариант или примут заказ на сборку подстанции с нестандартным расположением систем и узлов. Мы осуществляем доставку в любой населенный пункт области, оказываем услуги по монтажу установок, предоставляем гарантию на оборудование 42 месяца.

Что такое КТП в электрике?

Высокое напряжение, дающее преимущества при транспортировке электроэнергии на дальние расстояния, для использования в быту и на производстве не подходит. КТП – комплектная трансформаторная подстанция, предназначена для понижения высоковольтного напряжения 6 или 10 кВ, до привычных 0,4 кВ. Трехфазный ток 0,4 кВ, в свою очередь, может быть разделен пофазнно, для однофазного питания сети 220 В. Наиболее распространенные подстанции киоскового типа, выпускаются в следующих исполнениях:

  • контейнерная;
  • в корпусе из сэндвич-панелей;
  • в металлической оболочке;
  • в бетонной оболочке.

В сельской местности, для питания маломощных потребителей, используются мачтовые КТП малой мощности. На производстве применяются внутрицеховые подстанции. Так как они находятся внутри помещения, защита их оболочкой не требуется, достаточно ограждения, которое помогает предотвращать несчастные случаи.

Отличие типов КТП по типу установки и мощности

Трансформаторные подстанции, снабжающие электричеством жилые районы, важная часть инфраструктуры. От качества электроэнергии, зависит надлежащая работа электрооборудования, бытовой техники, электроники. Проблемы с недостаточной мощностью трансформаторов, чаще встречаются на сельских электросетях. В таких случаях напряжение на фазах относительно нуля, может падать до 150 – 160 В, вместо положенных 220 – 230.

Доступность стабилизаторов напряжения, играет злую шутку с недостаточно мощными подстанциями. Стабилизация увеличивает количество потребляемой электроэнергии, и подстанция, которая едва справлялась с задачей, полностью выходит из строя.

Исполнение подстанций зависит от их мощности. Крепятся на мачтах (столбах), самые маломощные подстанции, их характеристики начинаются от 4 кВА, и не превышают 250 кВА. Более мощные КТП выпускаются киоскового типа. В северных районах подстанции делают утепленными.

Заземление нейтрали

Применяемая в России система электроснабжения с глухозаземленной нейтралью, требует заземления средней точки вторичных обмоток трансформатора. Таким образом, выравниваются потенциалы рабочего нуля и земли. Полученная система TN, может быть модифицирована до уровня TN-C или TN-C-S, путем выполнения повторного заземления во вводном устройстве здания, и разделения защитного и нулевого проводников.

Использование глухозаземленной нейтрали, повышает безопасность использования трансформаторов.

Обеспечение энергоснабжения с использованием КТП

Обеспечение энергоснабжения для хоз нужд

Магистральные сети электропередач, поставляющие электроэнергию от электростанций, не могут направить ее непосредственно на потребителя, у нее для этого слишком высокое напряжение. При необходимости наладить снабжение потребителей электроэнергией, ее необходимо преобразовать, изменив напряжение на приемлемое для промышленных и бытовых электросетей, и только потом перенаправить на потребителей. Для целей приема, преобразования и дальнейшего распределения электрической энергии предназначены комплексные трансформаторные подстанции (КТП), которые выпускаются нашей промышленностью в различных модификациях.

Что такое комплектная трансформаторная подстанция?

Технологически КТП представляет из себя металлический корпус, в котором расположены один или несколько трансформаторов, а также распределительные установки низкого и высокого напряжения. Распределительное устройство со стороны низкого напряжения обозначает как РУНН, со стороны высокого напряжения как УВН. Между собой узлы КТП соединяются шинопроводами. Трансформаторы используются как масляные, так и с негорючим жидким диэлектриком,  количество из зависит от мощности КТП. Мощность такой подстанции может колебаться в диапазоне 25-2500  кВА, напряжение может колебаться в пределах от 6 до 10 кВ.

Любая КТП дополнительно оборудуется аварийной сигнализацией, а также система самоотключения при перепадах напряжения, замыканиях и перегреве.

Виды КТП

КТП производятся в двух видах – тупиковые и проходные. В первом случае КТП может подключаться к единственной линии электропередачи, во втором – к двум линиям.

По видам использования в народном хозяйстве все КТП делятся на пять категорий:

  • Внутрицеховые КТП монтируются в производственных помещениях, цехах недалеко  от станков и другого оборудования;
  • Столбовые КТП, чаще всего используемые для электроснабжения загородных домов, непосредственно монтируются к столбам электропередач;
  • Киосковые КТП обладают более серьезной защитой от внешних природных воздействий и окружающей среды;
  • Мачтовые КТП монтируются также на столбах электропередач, но на высоте. Из-за простоты и доступности они часто используются в сельском хозяйстве;
  • Утепленные КТП производятся в корпусе киоскового типа, но дополнительно утепляются сэндвич-панелями. Это предохраняет оборудование о переохлаждения с суровых климатических условиях.

Все виды КТП производятся в соответствии с требованиями ГОСТ и имеют соответствующие гарантии качества. Функционируют они при температуре окружающей среды от минус 40 до пюс 40 градусов Цельсия.

МТП. КТП мачтового типа. Классификация, внешний вид и габаритные размеры.

КТП мачтового типа (МТП) исполняются в виде конструкции, содержащей высоковольтный шкаф ввода (УВН), низковольтный шкаф (РУНН) и платформу для установки трансформатора.

На крыше шкафа УВН устанавливаются проходные изоляторы, высоковольтные разрядники, а также кронштейн для установки штырьевых высоковольтных изоляторов.

В шкафу УВН размещены высоковольтные предохранители. В верхней части шкафа УВН расположен кронштейн для установки штырьевых низковольтных изоляторов, к которым присоединяются провода линий  0,4 кВ.

Силовой трансформатор устанавливается открыто и защищен от случайного прикосновения к токоведущим частям и от атмосферных осадков кожухом.

Для подключения к воздушным линиям 0,4 кВ в КТП провода прокладываются по наружным стенкам шкафа УВН и защищены коробом.

Мачтовая трансформаторная подстанция подключается  к ЛЭП 6-10 кВ через разъединитель наружной установки с приводом,  который поставляется комплектно и устанавливается на ближайшей от МТП опоре ЛЭП.

Согласно ПУЭ мачтовые трансформаторные подстанции устанавливается на опоре с обеспечением ввода высокого напряжения на высоте 4,5 м от уровня земли.

ЗАО "Промэнерго" объединяет понятия Мачтовой и Столбовой подстанции.
Поэтому в руководстве по эксплуатации и структуре условного обозначения используется понятие Столбовой трансформаторной подстанции.


Сертификаты соответствия мачтовой КТП:



Структура условного обозначения МТП:

Пример обозначения:

Комплектная трансформаторная подстанция столбовая на одной опоре с воздушным высоковольтным вводом и воздушным низковольтным выводом, с силовым трансформатором мощностью 10 кВА, напряжением 6 кВ на стороне высокого напряжения, на стороне низкого напряжения – 0,4 кВ, климатического исполнения У1:

КТПС-1-В/В-10-6/0,4- У1, ТУ 3414-006-43229919-2014


Внешний вид и габаритные размеры МТП:


Основные параметры мачтовой КТП:

 Наименование параметра 

Значение параметра   

Ввод на стороне ВН Воздушный 
Вывод на стороне НН Воздушный Кабельный 
Тип трансформатора ОМП ОМ 
Первичное напряжение, кВ 6 или 10 
Вторичное напряжение, кВ 0,23; 0,4
Номинальные токи фидеров, А  
Фидер №1 40 25
Фидер №2 16 16
Фидер уличного освещения    
Схема соединения обмоток "Звезда-звезда с нулем"
Климатическое исполнение У1
Степень защиты IP20 по ГОСТ 14254-96

 


Технические требования

КТП соответствуют требованиям технических условий ТУ 3414-006-43229919-2014 и комплекта конструкторской документации.

Материалы и комплектующие изделия, применяемые для изготовления КТП, приняты техническим контролем и соответствуют действующим стандартам и техническим условиям.

 

Столбовые и мачтовые подстанции КТП (СТП, МТП)


Столбовые и мачтовые трансформаторные подстанции типа КТП-С-6(10)/0,4 (также известны как СТП, МТП, КМТП) устанавливаются на железобетонной стойке типа СВ-105 (СВ-110). Основную нагрузку в составе изделия несёт на себе кронштейн крепления трансформатора, поэтому выполнен с большим запасом прочности.

Столбовые подстанции нашего производства сертифицированы на применение трансформаторов мощностью до 160кВА. Возможно применение как трансформаторов ТМГ (от 16 до 160кВА), так и однофазных трансформаторов ОМП (до 10кВА).


Общий вид и габаритные размеры КТП-С и КТП-М:

Столбовые подстанции отличаются от мачтовых подстанций способом установки:

  • столбовые трансформаторные подстанции КТП-С устанавливаются на одной железобетонной стойке (опоре) типа СВ-105 (СВ-110)
  • мачтовые трансформаторные подстанции КТП-М устанавливаются между двух железобетонных стоек типа СВ-105 (СВ-110)

Типовые параметры столбовых и мачтовых подстанций:


Мощность
трансформатора, кВА
Сторона ВН Сторона НН
 Uном, кВ Ток плавкой вставки, А Линия 1 Линия 2 Линия 3 Линия 4 Реле уличного освещения     Счетчик электроэнергии    
16 6 5 16А 16А - - опция опция
10 3,2
25 6 8 31,5А 31,5А
- - опция
опция
10 5
40 6 10 31,5А
40А
- - опция
опция
10 8
63 6 16 31,5А
40А
40А
- опция
опция
10 10
100 6 20 40А
40А
63А
63А
опция
опция
10 16
160 6 31,5 63А
63А
100А 100А опция
опция
10 20

Примечание:
  1. Реле уличного освещения с магнитным пускателем устанавливается по требованию заказчика
  2. Счетчик электроэнергии в типовую поставку не входит. Необходимо согласовывать модель счетчика при заказе.

Комплект поставки


По-умолчанию при заказе столбовая и мачтовая подстанции комплектуется:
  1. приемная траверса ВН под установку изоляторов ШФ-20 и ограничители напряжения
  2. рамка с установленными предохранителями ПКТ исполнения У1
  3. кронштейн для крепления трансформатора
  4. шкаф РУНН с оборудованием, согласованным по опросному листу и крепежом
  5. провод для соединения предохранителей ПКТ с вводами ВН трансформатора
  6. провод для соединения выводов НН трансформатора и вводного аппарата РУНН
  7. двустенная морозостойкая труба ПНД ф63 для прокладки провода 0,4кВ по опоре и ввода в РУНН
  8. комплект наконечников и маркировочных трубок для монтажа проводов
Комплект поставки подстанции продуманный и обеспечивает самые взыскательные требования монтажных организаций (по принципу "взял и поставил").

Фотографии столбовой подстанции КТП-С (СТП)



Формы энергии - Управление энергетической информации США (EIA)

Потенциальная энергия

Потенциальная энергия - это запасенная энергия и энергия положения.


Химическая энергия - это энергия, хранящаяся в связях атомов и молекул. Батареи, биомасса, нефть, природный газ и уголь являются примерами химической энергии. Химическая энергия преобразуется в тепловую, когда люди сжигают дрова в камине или сжигают бензин в двигателе автомобиля.

Механическая энергия - это энергия, запасенная в объектах за счет напряжения. Сжатые пружины и растянутые резиновые ленты являются примерами хранимой механической энергии.

Ядерная энергия - это энергия, запасенная в ядре атома, то есть энергия, которая удерживает ядро ​​вместе. Когда ядра объединяются или расщепляются, может выделяться большое количество энергии.

Гравитационная энергия - это энергия, запасенная в высоте объекта.Чем выше и тяжелее объект, тем больше гравитационной энергии сохраняется. Когда человек едет на велосипеде с крутого холма и набирает скорость, гравитационная энергия превращается в энергию движения. Гидроэнергетика - еще один пример гравитационной энергии, когда гравитация заставляет воду спускаться через гидроэлектрическую турбину для производства электроэнергии.

Кинетическая энергия

Кинетическая энергия - это движение волн, электронов, атомов, молекул, веществ и объектов.


Энергия излучения - это электромагнитная энергия, которая распространяется поперечными волнами. Лучистая энергия включает видимый свет, рентгеновские лучи, гамма-лучи и радиоволны. Свет - это один из видов лучистой энергии. Солнечный свет - это лучистая энергия, которая обеспечивает топливо и тепло, делающие возможной жизнь на Земле.

Тепловая энергия , или тепло, - это энергия, возникающая при движении атомов и молекул в веществе. Тепло увеличивается, когда эти частицы движутся быстрее.Геотермальная энергия - это тепловая энергия земли.

Энергия движения - это энергия, запасенная при движении объектов. Чем быстрее они движутся, тем больше энергии сохраняется. Чтобы заставить объект двигаться, требуется энергия, и энергия высвобождается, когда объект замедляется. Ветер - пример энергии движения. Ярким примером энергии движения является автокатастрофа - автомобиль полностью останавливается и высвобождает всю свою энергию движения сразу в неконтролируемый момент.

Звук - это движение энергии через вещества в продольных (сжатие / разрежение) волнах.Звук возникает, когда сила заставляет объект или вещество вибрировать. Энергия передается через вещество волнообразно. Обычно энергия звука меньше, чем в других формах энергии.

Электрическая энергия доставляется крошечными заряженными частицами, называемыми электронами, обычно движущимися по проводу. Молния - это пример электрической энергии в природе.

Энергия биомассы - Окончательное руководство

Энергия биомассы широко рекламируется как лучшая альтернатива нефти и ее производным в производстве электроэнергии.Биомасса - это сложный термин, относящийся к сельскохозяйственным отходам, растительным материалам, человеческим отходам и другим горючим остаткам. Из этих материалов мы можем получить биоэнергетику, которая является экологически чистой, устойчивой и возобновляемой по сравнению с производством энергии из ископаемого топлива.

Люди обнаружили эффективность биомассы, такой как древесные гранулы, коровий навоз, скошенная трава, жмых сахарного тростника, для разведения огня для удовлетворения повседневных энергетических потребностей. Однако такие методы не так эффективны по сравнению с методами производства электроэнергии.Сегодня биомасса завоевала популярность во многих странах как жизнеспособный источник энергии. Биотопливо также заменяет ископаемое топливо в некоторых автомобилях.

Биомасса - это еще кое-что, о чем мы расскажем в этой статье. Мы будем изучать основы энергии биомассы, социальные и экологические последствия, экономические эффекты, преимущества и недостатки энергии биомассы, а также применения (использования) этой энергии.

Основы биоэнергетики

Как работает энергия биомассы?

Это основной вопрос, который задают большинство, относительно того, как эта энергия работает и как она генерируется. Как упоминалось выше, биомасса относится к материалам растений и животных, которые используются для выработки электроэнергии. Существует завод по производству биомассы (см. Рисунок ниже), который используется для производства электроэнергии путем сжигания биомассы в камере сгорания / печи.

Хотя прямое сжигание - не единственный метод производства биоэнергии, он остается популярным эффективным методом. Другие современные технологии производят горючий газ из биомассы, в то время как другие используют пиролиз для замены ископаемого топлива.

В топке или котле завода, работающего на биомассе, могут быть опилки, древесные гранулы, древесная щепа или биомасло.Нагрев воды с использованием этих материалов будет давать пар, который активирует турбину, подключенную к генератору, и в конечном итоге вырабатывает электричество. Как видно на рисунке, есть конденсатор, который будет конденсировать жидкость обратно в печь для повторного нагрева, и производство электроэнергии будет непрерывным.

Методы производства биоэнергии

Как мы упоминали выше, существует множество способов получения энергии из биомассы. Тем не менее, ниже рассматриваются некоторые из них, в том числе биохимическая, термохимическая, химическая и термическая конверсия.

Биохимическое преобразование биомассы

Для преобразования биомассы в биохимическую энергию микроорганизмы используются для производства этанола. В частности, топливо и удобрения производятся с использованием биологических процессов и процессов ферментации. В этом квесте основными процессами являются ферментация и анаэробное сбраживание. В анаэробном процессе используются микроорганизмы для разложения органических материалов в бескислородных условиях. Производство биогаза и метана из сельскохозяйственных культур и навоза достигается за счет анаэробного сбраживания.

Ферментация, напротив, использует дрожжи для преобразования углеводов в биоэтанол. Это многоступенчатый процесс, в котором зерновые культуры могут быть объединены с водой на первом этапе, а затем используются тепло и ферменты для разложения материалов. Некоторые ферменты превращают углеводы в сахара. В конце концов, получается алкоголь. Это сложный процесс, выходящий за рамки данной статьи.

Химическое преобразование биомассы

Этот процесс влечет за собой преобразование биомассы в другие формы энергии с использованием химических реакций.Наиболее распространенная химическая реакция - это реакция переэтерификации, конечными продуктами которой являются мыло, глицерин и биодизель. Жирные кислоты связываются со спиртом, делая их горючими.

Термохимическое преобразование биомассы

Термохимические процессы превращают биомассу в химические вещества и газы, и эти процессы являются многоступенчатыми. Вот где происходит газификация, которая превращает биомассу в газ с использованием чрезвычайно высоких температур примерно 800 градусов по Цельсию.При термохимическом преобразовании на первом этапе твердая биомасса преобразуется в газ, затем газ в масла, а затем масла в синтез-газ.

Термическое преобразование биомассы

Этот этап включает использование тепла для преобразования твердой биомассы в полезную энергию. Технологии, используемые на этом этапе, включают сжигание, газификацию и пиролиз. При сжигании биомасса сжигается в среде, богатой кислородом. Пар может производиться для обогрева и охлаждения или для вращения турбин, которые затем вырабатывают электричество.Мы уже объяснили прямое сжигание при производстве электроэнергии выше в разделе «Основы энергии биомассы».

Существует практика совместного сжигания , где биомасса смешивается с ископаемым топливом для производства электроэнергии. Эта попытка позволяет сэкономить часть ископаемого топлива. Это также способствует снижению выбросов углекислого газа в атмосферу. Производство тепла и электроэнергии также возможно одновременно с биомассой в процессе, называемом когенерацией.

При термической конверсии также происходит пиролиз, при котором происходит сжигание биомассы при низком уровне кислорода, условиях высокого давления и высоких температурах, превышающих 430 ° C. В результате получают биотопливо и биоуголь (твердый остаток).

Типы биотоплива

Сегодня в отрасли используются различные типы биотоплива. Примеры энергии биомассы включают биодизельное топливо, которое производится из растительных масел и животных жиров; зеленое дизельное топливо, получаемое из растительных источников и водорослей; биоэтанол, полученный из сахарного тростника в Бразилии и кукурузы в США; и биогаз, извлеченный из навоза и других органических материалов.

Использование энергии биомассы

Мы изучаем применение энергии биомассы в производстве электроэнергии, отоплении и производстве биотоплива в автомобилях.Это основные виды использования биоэнергетики.

1). Производство электроэнергии

Возможно, основное использование в сегодняшнем мире, производство электроэнергии с помощью установок, работающих на биомассе, находится на столе для обсуждения во многих странах. Система прямого сжигания - наиболее распространенный путь, используемый в этом отношении. Система сжигает биомассу в печах и котлах для производства пара, который вращает турбины и впоследствии вырабатывает электричество, активируя электрический генератор.

Электростанция, работающая на биомассе, обычно будет иметь печь / камеру сгорания, насосы, турбину, конденсатор, электрический генератор, хранилище топлива, манипуляционное оборудование, бойлер, вентиляторы, автоматическое управление системой, управление выхлопом и градирню.На рисунке ниже показан процесс:

2). Отопление

Нагреватели, работающие на биомассе, являются потенциальной заменой обогревателям, работающим на ископаемом топливе. Котлы могут сжигать древесные гранулы, древесную щепу, опилки, бревна или любой другой вид биомассы. Они подключены к системе отопления вашего дома и могут обеспечивать теплом дом или нагревать воду. Многие домохозяйства, особенно в сельской местности, уже используют биомассу, такую ​​как щепа и бревна, для сжигания печей зимой для обеспечения тепла. Использование обогревателей, работающих на биомассе, оказалось более эффективной и потенциальной альтернативой как для городских, так и для сельских домохозяйств.

3). Использование биотоплива в автомобилях

Доказано, что биотопливо является эффективным и действенным средством приведения в действие современных автомобилей и повышения их производительности. Этанол - это обычное биотопливо, используемое в автомобилях. Соединенные Штаты производят биоэтанол из кукурузы, а Бразилия, например, производит его из сахарного тростника. Биотопливо обычно получают в результате ферментации сахара. Они выделяют меньше углекислого газа и экономичны. Страны, не обладающие запасами ископаемого топлива, могут использовать биотопливо для питания своих автомобилей.Биотопливо можно смешивать с дизельным или бензиновым топливом. В смеси с бензином требуется максимум 10% биоэтанола, а в сочетании с дизельным топливом - максимум 5% биодизеля.

Преимущества и недостатки энергии биомассы

Энергия биомассы также имеет свои взлеты и падения. Мы выделим эти преимущества и недостатки ниже, чтобы помочь вам решить, рассматривать ли биоэнергетику или нет. Но по сравнению с невозобновляемым ископаемым топливом энергия биомассы имеет больше преимуществ, которые перевешивают недостатки.

Преимущества

  • Это возобновляемая и устойчивая энергия, потому что отходы животного или человеческого происхождения и растительные материалы всегда доступны
  • Отсутствие выбросов серы или ртути в атмосферу
  • Минимальное выделение азота
  • Биотопливо, используемое в автомобилях
  • Котлы на биомассе эффективно отапливают дома
  • Экономичный источник энергии
  • Исключает свалки, потому что отходы используются для производства электроэнергии
  • Он нейтрален по отношению к двуокиси углерода, поскольку количество, выбрасываемое в атмосферу, почти равно количеству, выбрасываемому при возобновлении роста растений .

Недостатки

  • Конкуренция с производством продуктов питания. Зерновые культуры, предназначенные для производства энергии, будут занимать большую часть земли, которую можно было бы использовать для выращивания пищи для кормления голодных домашних хозяйств
  • Выбрасывает углекислый газ, который необходимо компенсировать повторной посадкой деревьев
  • Выбросы метанового газа, но не слишком неблагоприятные
  • Риск обезлесения
  • Неэффективно по сравнению с ископаемым топливом, поэтому другие могут не поощряться к полной замене ископаемого топлива
  • Дорогостоящие - капитальные затраты на строительство инфраструктуры для крупномасштабных производств
  • Потребители должны платить, чтобы получать энергию на постоянной основе

Социальные и экологические последствия

Энергия биомассы связана с некоторыми социальными и экологическими эффектами.Негативное воздействие энергии биомассы на окружающую среду включает выброс диоксида углерода. Однако такое количество углекислого газа не обязательно наносит вред окружающей среде, потому что деревья при посадке потребляют почти такое же количество. Таким образом, энергия биомассы становится углеродно-нейтральным источником.

Социальные последствия электростанции, работающей на биомассе, также весьма многочисленны. Электростанции будут производить электроэнергию для страны и снимут нынешнюю напряженность, которая существует у стран в отношении собственности на ископаемое топливо.Будет больше выработки энергии, что принесет пользу большему количеству граждан страны, в том числе в сельской местности. Многие люди в некоторых странах стекаются в города, где в изобилии ископаемое топливо. Обилие производства энергии из биомассы в сельской местности компенсирует это.

Завод по производству биомассы требует места, и получение этого места в сельской местности может оказаться проблемой. Возможно, вам придется арендовать землю для строительства завода. Некоторые люди могут возражать против выбросов газов, потому что они считают их вредными для здоровья, несмотря на преимущества.Таковы некоторые из социальных последствий электростанций, работающих на биомассе.

Экономический эффект от массы биомассы

Энергия сэкономит деньги многим людям. С ростом цен на ископаемое топливо энергия биомассы может прийти на помощь многим странам. Другими словами, есть положительные перспективы в отношении будущего и экономического воздействия биомассы. Другой положительной стороной биомассы является то, что отдельные домохозяйства могут продавать биомассу производителям энергии и зарабатывать на этом деньги. Это поможет снизить стоимость вывоза отходов на специально отведенные свалки.

Производство биотоплива, такого как этанол, также имеет положительные экономические перспективы. В результате современные автомобили могут извлечь выгоду из этого топлива.

Цифры и факты об энергии биомассы

Здесь мы исследуем важные факты об энергии биомассы в Соединенных Штатах [1] и в остальном мире. В целом, в 2016 году на долю топлива из биомассы в США пришлось 5% энергии. Однако страна планирует увеличить этот показатель. Биоэтанол составляет 48% из этих 5%, за ним следует древесная биомасса (41%) и городские отходы (11%).

Во всем мире энергия биомассы обеспечила 10% мирового производства энергии в 2012 году, и ожидается, что эта цифра резко возрастет, если все заинтересованные стороны выйдут на передний план и будут использовать этот потенциальный источник энергии. Фактически, биотопливо принесло 2068 триллионов БТЕ [2] в предыдущем году.

Потенциал производства электроэнергии

Эксперты неоднозначно оценивают будущее энергии биомассы. Другие страны, такие как Германия, потеряли надежду на использование энергии биомассы в качестве возобновляемого источника [3] .Вместо этого страна отдает предпочтение ветру и солнечной энергии как победителям. Другие эксперты предсказывают большой потенциал энергии. Биоэнергетика имеет свои проблемы, такие как сырье, необходимое для ее производства, по сравнению с некоторыми воздействиями на окружающую среду, такими как выбросы. Хотя он и выглядит явным победителем по сравнению с ископаемым топливом, он не приближается к солнечной энергии, гидроэнергетике, энергии ветра или энергии приливов.

Заключение

Энергия биомассы является потенциальной альтернативой электричеству, произведенному на ископаемом топливе.Материалов биомассы достаточно для рентабельного производства электроэнергии. Производство энергии из биомассы сопровождается минимальными выбросами парниковых газов в атмосферу. Однако это незначительно по сравнению с ископаемым топливом. Кстати, выделяемый углекислый газ снова уносится растениями при выращивании. Биомасса также является важным источником тепла во многих домах. Многие домохозяйства использовали дрова в печах для обогрева, особенно зимой, но установка котлов на биомассе снижает эффективность этих печей.

Мы исследовали несколько технологий, используемых в производстве энергии из биомассы, а также несколько применений и приложений. Кроме того, мы рассмотрели преимущества и недостатки предоставления вам всесторонних знаний о будущем энергии биомассы.

Учитывая гибкость производства энергии из биомассы, многие страны, не имеющие запасов ископаемого топлива, могут воспользоваться этой возможностью, потому что биомасса доступна практически повсюду. Он невосприимчив к растущим ценам на ископаемое топливо.Биотопливо, такое как этанол, имеет хорошие экономические последствия, поскольку оно широко используется в автомобилях.

энергия первой ионизации

ЭНЕРГИЯ ИОНИЗАЦИИ

 

На этой странице объясняется, что такое первая энергия ионизации, а затем рассматривается ее изменение по Периодической таблице - по периодам и группам вниз. Предполагается, что вы знаете о простых атомных орбиталях и можете писать электронные структуры для простых атомов. Вы найдете ссылку внизу страницы на аналогичное описание последовательных энергий ионизации (второй, третьей и так далее).


Важно! Если вас не устраивают атомные орбитали и электронные структуры, вам следует перейти по этим ссылкам, прежде чем идти дальше.


Определение энергии первой ионизации

Определение

Первая энергия ионизации - это энергия, необходимая для удаления одного моля наиболее слабо удерживаемых электронов из одного моля газообразных атомов, чтобы произвести 1 моль газообразных ионов, каждый с зарядом 1+.

Это легче увидеть в терминах символов.

Это энергия, необходимая для выполнения этого изменения на моль X.


Беспокоитесь о родинках? Не будь! А пока просто примите это как меру определенного количества вещества. На данный момент не о чем беспокоиться.


Обратите внимание на уравнение

Государственные символы - (g) - обязательны.Когда вы говорите об энергиях ионизации, все должно быть в газообразном состоянии.

Энергия ионизации измеряется в кДж-моль -1 (килоджоулей на моль). Они различаются по размеру от 381 (что вы считаете очень низким) до 2370 (что очень много).

Все элементы имеют первую энергию ионизации - даже атомы, которые не образуют положительные ионы в пробирках. Причина того, что гелий (1-й I.E. = 2370 кДж моль -1 ) обычно не образует положительный ион, заключается в огромном количестве энергии, которое потребуется для удаления одного из его электронов.

 

Паттерны первых энергий ионизации в Периодической таблице

Первые 20 элементов

Первая энергия ионизации показывает периодичность . Это означает, что он периодически меняется при перемещении по Периодической таблице. Например, посмотрите на образец от Li до Ne, а затем сравните его с идентичным образцом от Na до Ar.

Все эти вариации энергии первой ионизации можно объяснить структурами задействованных атомов.

 

Факторы, влияющие на величину энергии ионизации

Энергия ионизации - это мера энергии, необходимая для того, чтобы отвести конкретный электрон от притяжения ядра. Высокое значение энергии ионизации указывает на сильное притяжение между электроном и ядром.

Размер этого аттракциона будет регулироваться:

Заряд на ядре.

Чем больше протонов в ядре, тем более положительно заряжено ядро ​​и тем сильнее к нему притягиваются электроны.

Расстояние электрона от ядра.

Притяжение очень быстро спадает с увеличением расстояния. Электрон, находящийся рядом с ядром, будет притягиваться гораздо сильнее, чем тот, который находится дальше.

Число электронов между внешними электронами и ядром.

Рассмотрим атом натрия с электронной структурой 2,8,1. (Нет причин, по которым вы не можете использовать это обозначение, если оно полезно!)

Если внешний электрон смотрит в сторону ядра, он не видит его четко.Между ним и ядром находятся два слоя электронов на первом и втором уровнях. Действие 11 протонов в ядре натрия ослабляется 10 внутренними электронами. Таким образом, внешний электрон ощущает чистое притяжение примерно 1+ от центра. Это уменьшение притяжения ядра внутренними электронами известно как экранирование , или экранирование .


Внимание! Электроны, конечно, не «смотрят» в сторону ядра - и они тоже ничего не «видят»! Но нет причин, по которым вы не можете представить это в этих терминах, если это помогает вам визуализировать происходящее.Только не используйте эти термины на экзамене! Вы можете найти экзаменатора, которого расстроит такая неаккуратная речь.


Независимо от того, находится ли электрон на орбите самостоятельно или в паре с другим электроном.

Два электрона на одной орбите испытывают небольшое отталкивание друг от друга. Это компенсирует притяжение ядра, так что спаренные электроны удаляются гораздо легче, чем вы могли ожидать.

 

Объяснение шаблона в нескольких первых элементах

Водород имеет электронную структуру 1s 1 . Это очень маленький атом, и отдельный электрон находится близко к ядру и поэтому сильно притягивается. Электроны не экранируют его от ядра, поэтому энергия ионизации высока (1310 кДж / моль -1 ).

Гелий имеет структуру 1s 2 . Электрон удаляется с той же орбитали, что и в случае с водородом. Он находится близко к ядру и не экранирован. Значение энергии ионизации (2370 кДж / моль -1 ) намного выше, чем у водорода, потому что ядро ​​теперь имеет 2 протона, притягивающие электроны, вместо 1.

Литий is 1s 2 2s 1 . Его внешний электрон находится на втором энергетическом уровне, намного более удаленном от ядра. Вы можете возразить, что это будет компенсировано дополнительным протоном в ядре, но электрон не чувствует полного притяжения ядра - он экранирован электронами 1s 2 .

Вы можете думать об электроне как о ощущении чистого притяжения 1+ от центра (3 протона, смещенных двумя 1s 2 электронами).

Если вы сравните литий с водородом (а не с гелием), электрон водорода также ощущает притяжение 1+ от ядра, но для лития расстояние намного больше. Первая энергия ионизации лития падает до 519 кДж моль -1 , тогда как у водорода 1310 кДж моль -1 .

 

Паттерны 2 и 3 периодов

Обсуждение следующих 17 атомов по очереди займет много времени. Мы можем сделать это намного точнее, объяснив основные тенденции в эти периоды, а затем объяснив исключения из этих тенденций.

Первое, что нужно понять, это то, что модели в двух периодах идентичны, с той разницей, что все энергии ионизации в периоде 3 ниже, чем в периоде 2.

Объяснение общей тенденции в периоды 2 и 3

Общая тенденция заключается в том, что энергия ионизации увеличивается с течением времени.

В течение всего периода 2 внешние электроны находятся на двухуровневых орбиталях - 2s или 2p. Это все одинаковые расстояния от ядра, и они экранируются одними и теми же 1s 2 электронами.

Основное отличие заключается в увеличении числа протонов в ядре по мере перехода от лития к неону. Это вызывает большее притяжение между ядром и электронами и, таким образом, увеличивает энергию ионизации. Фактически, увеличивающийся заряд ядра также притягивает внешние электроны ближе к ядру. Это увеличивает энергию ионизации еще больше по мере прохождения периода.


Примечание: Факторы, влияющие на атомный радиус, описаны на отдельной странице.


В период 3 тенденция точно такая же. На этот раз все удаляемые электроны находятся на третьем уровне и экранируются 1s 2 2s 2 2p 6 электронами. У всех них одинаковая среда, но есть возрастающий ядерный заряд.

Почему разница между группами 2 и 3 (Be-B и Mg-Al)?

Объяснение кроется в структуре бора и алюминия. Внешний электрон удаляется из этих атомов легче, чем можно предположить по общей тенденции их периода.

Be 1s 2 2s 2 1-й I.E. = 900 кДж моль -1
B 1s 2 2s 2 2p x 1 1st I.E. = 799 кДж моль -1

Можно было ожидать, что количество бора будет больше, чем значение бериллия, из-за дополнительного протона.Противодействует тот факт, что внешний электрон бора находится на 2p-орбитали, а не на 2s. 2p-орбитали имеют немного более высокую энергию, чем 2s-орбитали, и в среднем электрон находится дальше от ядра. Это имеет два эффекта.

  • Увеличение расстояния приводит к уменьшению притяжения и, следовательно, к уменьшению энергии ионизации.

  • 2p-орбиталь экранируется не только 1s 2 электронами, но, в некоторой степени, и 2s 2 электронами. Это также уменьшает тягу от ядра и, таким образом, снижает энергию ионизации.

Объяснение разницы между магнием и алюминием такое же, за исключением того, что все происходит на 3-м уровне, а не на 2-м.

Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 1st I.E. = 736 кДж моль -1
Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p x 1 1-й E. = 577 кДж моль -1

3p-электрон в алюминии немного дальше от ядра, чем 3s, и частично экранирован 3s 2 электронами, а также внутренними электронами. Оба эти фактора компенсируют влияние дополнительного протона.


Внимание! Возможно, вы встретите учебник, в котором описывается перепад между группой 2 и группой 3, где говорится, что полная орбиталь s 2 в некотором роде особенно стабильна, и это затрудняет удаление электрона. Другими словами, эта флуктуация вызвана аномально высоким значением энергии ионизации для группы 2. Это просто неправильно! Причина колебания заключается в том, что значение группы 3 ниже, чем вы могли ожидать, по причинам, которые мы рассмотрели.


Почему разница между группами 5 и 6 (N-O и P-S)?

Опять же, вы можете ожидать, что энергия ионизации элемента группы 6 будет выше, чем у элемента группы 5, из-за дополнительного протона.Что компенсирует это на этот раз?

N 1s 2 2s 2 2p x 1 2p y 1 2p z 1 I. 9023E = 1400 кДж моль -1
O 1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 1 2p 6 1 902 902 902 902 1-й I. E. = 1310 кДж моль -1

Экранирование идентично (от 1s 2 и, в некоторой степени, от 2s 2 электронов), и электрон удаляется с идентичной орбитали.

Разница в том, что в случае кислорода удаляемый электрон является одним из пары 2p x 2 . Отталкивание между двумя электронами на одной орбитали означает, что электрон легче удалить, чем он мог бы быть в противном случае.

Падение энергии ионизации серы учитывается аналогичным образом.


Примечание: После кислорода или серы энергии ионизации следующих двух элементов увеличиваются из-за дополнительных протонов. Все остальное то же самое - тип орбитали, на которую выходит новый электрон, экранирование и тот факт, что он объединяется в пары с существующим электроном.

Студенты иногда задаются вопросом, почему энергия следующей ионизации не падает из-за отталкивания, вызванного спариванием электронов, точно так же, как, скажем, между азотом и кислородом.

Между азотом и кислородом образование пар - новый фактор, и отталкивание перевешивает эффект дополнительного протона. Но образование пар между кислородом и фтором - не новый фактор, и единственная разница в этом случае - дополнительный протон. Таким образом, по сравнению с кислородом энергия ионизации фтора больше. И точно так же энергия ионизации неона еще больше.



 

Тенденции изменения энергии ионизации в группе

По мере того, как вы спускаетесь вниз по группе в Периодической таблице, энергии ионизации обычно падают.Вы уже видели свидетельство этого в том факте, что все энергии ионизации в периоде 3 меньше, чем в периоде 2.

Возьмем группу 1 в качестве типичного примера:

Почему содержание натрия меньше, чем у лития?

В атоме натрия 11 протонов, а в атоме лития только 3, поэтому заряд ядра намного больше. Вы, возможно, ожидали гораздо большей энергии ионизации в натрии, но компенсация заряда ядра - большее расстояние от ядра и большее экранирование.

Li 1s 2 2s 1 1st I.E. = 519 кДж моль -1
Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1st I.E. = 494 кДж моль -1

Внешний электрон лития находится на втором уровне и имеет только 1s 2 электронов для его экранирования. Электрон 2s 1 ощущает притяжение 3 протонов, экранированных 2 электронами - чистое притяжение от центра 1+.

Внешний электрон натрия находится на третьем уровне и защищен от 11 протонов в ядре 10 внутренними электронами. Электрон 3s 1 также ощущает чистое притяжение 1+ от центра атома. Другими словами, влияние дополнительных протонов компенсируется эффектом дополнительных экранирующих электронов. Единственный оставшийся фактор - это дополнительное расстояние между внешним электроном и ядром в случае натрия. Это снижает энергию ионизации.

Подобные объяснения справедливы, когда вы спускаетесь вниз по остальной части этой группы - или, действительно, к любой другой группе.

 

Тенденции изменения энергии ионизации в серии переходов

За исключением цинка в конце, все остальные энергии ионизации практически одинаковы.

Все эти элементы имеют электронную структуру [Ar] 3d n 4s 2 (или 4s 1 в случае хрома и меди). Теряемый электрон всегда приходит с орбитали 4s.


Примечание: Орбиталь 4s имеет более высокую энергию, чем 3d в переходных элементах.Это означает, что это 4s-электрон, который теряется из атома, когда он образует ион. Это также означает, что 3d-орбитали немного ближе к ядру, чем 4s, и поэтому предлагают некоторую защиту.

Как ни странно, это несовместимо с тем, что мы говорим, когда используем принцип Ауфбау для определения электронной структуры атомов.

Я подробно рассказывал об этом на странице о порядке заполнения 3d и 4s орбиталей.

Если вы учитель или очень уверенный в себе ученик, вы можете перейти по этой ссылке.

Если вы не так уверены в себе или приходите к этому впервые, я предлагаю вам проигнорировать это. Помните, что принцип Ауфбау (который использует предположение, что трехмерные орбитали заполняются после четверок) - это просто полезный способ разработки структур атомов, но в реальных атомах переходных металлов четверки на самом деле являются внешней орбиталью с более высокой энергией.



По мере того, как вы переходите от одного атома к следующему в ряду, количество протонов в ядре увеличивается, но также увеличивается количество 3d-электронов.Трехмерные электроны обладают некоторым экранирующим эффектом, а дополнительный протон и дополнительный трехмерный электрон более или менее компенсируют друг друга в том, что касается притяжения от центра атома.

Подъем цинка легко объяснить.

Cu [Ar] 3d 10 4s 1 1-й I.E. = 745 кДж моль -1
Zn [Ar] 3d 10 4s 2 1-я I.E. = 908 кДж моль -1

В каждом случае электрон приходит с одной и той же орбитали с идентичным экранированием, но у цинка есть один дополнительный протон в ядре, поэтому притяжение больше. Между спаренными электронами на 4s-орбитали будет определенная степень отталкивания, но в данном случае этого явно недостаточно, чтобы перевесить эффект дополнительного протона.


Примечание: На самом деле это очень похоже на увеличение, скажем, натрия до магния в третьем периоде.В этом случае внешняя электронная структура переходит с 3s 1 на 3s 2 . Несмотря на спаривание электронов, энергия ионизации увеличивается из-за дополнительного протона в ядре. Отталкивания между 3s-электронами явно недостаточно, чтобы перевесить это.

Я не знаю, почему отталкивание между спаренными электронами имеет меньшее значение для электронов на s-орбиталях, чем на p-орбиталях (я даже не знаю, можете ли вы сделать такое обобщение!). Я подозреваю, что это связано с формой орбиты и, возможно, с большим проникновением s-электронов к ядру, но я нигде не смог найти упоминания об этом.Фактически, мне не удалось найти никого, кто хотя бы упомянул отталкивание в контексте парных s-электронов!

Если у вас есть какая-либо достоверная информация по этому поводу, не могли бы вы связаться со мной по адресу, указанному на странице об этом сайте.



 

Энергия ионизации и реакционная способность

Чем ниже энергия ионизации, тем легче происходит это изменение:

Вы можете объяснить увеличение реакционной способности металлов группы 1 (Li, Na, K, Rb, Cs) по мере того, как вы спускаетесь вниз по группе, с точки зрения падения энергии ионизации. С чем бы эти металлы ни вступали в реакцию, они должны в процессе образовывать положительные ионы, поэтому чем ниже энергия ионизации, тем легче эти ионы будут образовываться.

Опасность такого подхода заключается в том, что образование положительного иона - это только одна стадия многоступенчатого процесса.

Например, вы не начали бы с газообразных атомов; и в итоге вы не получите газообразных положительных ионов - вы получите ионы в твердом или растворе. Энергетические изменения в этих процессах также варьируются от элемента к элементу.В идеале нужно рассматривать всю картину целиком, а не только ее небольшую часть.

Однако энергии ионизации элементов будут основными факторами, способствующими энергии активации реакций. Помните, что энергия активации - это минимальная энергия, необходимая для того, чтобы реакция произошла. Чем ниже энергия активации, тем быстрее будет реакция - независимо от того, каковы общие изменения энергии в реакции.

Падение энергии ионизации по мере того, как вы спускаетесь по группе, приведет к снижению энергии активации и, следовательно, к более быстрой реакции.


Примечание: Вы найдете страницу, на которой это обсуждается более подробно в разделе неорганических соединений этого сайта, посвященном реакциям металлов Группы 2 с водой.


 

Куда бы вы сейчас хотели пойти?

Чтобы посмотреть на вторую (и последующую) энергию ионизации.. .

В меню атомарных свойств. . .

В меню атомарной структуры и связывания. . .

В главное меню. . .

 

© Джим Кларк 2000 (последнее изменение - август 2016 г.)

Узнайте об энергии и ее влиянии на окружающую среду | Энергия и окружающая среда

Что такое чистая энергия?

Чистая энергия включает возобновляемые источники энергии, энергоэффективность и эффективное комбинированное производство тепла и электроэнергии.

Как потребление энергии влияет на окружающую среду?

Все формы производства электроэнергии оказывают влияние на окружающую среду, воздух, воду и землю, но оно варьируется. Из общего количества энергии, потребляемой в Соединенных Штатах, около 40% используется для выработки электроэнергии, что делает электроэнергию важной частью воздействия на окружающую среду каждого человека.

Более эффективное производство и использование электроэнергии сокращает как количество топлива, необходимого для выработки электроэнергии, так и количество парниковых газов и других загрязняющих атмосферу веществ, выбрасываемых в результате.Электроэнергия из возобновляемых источников, таких как солнечная, геотермальная и ветровая, обычно не способствует изменению климата или локальному загрязнению воздуха, поскольку топливо не сжигается.

Топливный баланс для производства электроэнергии в США

На диаграмме ниже показано, что большая часть электроэнергии в Соединенных Штатах вырабатывается с использованием ископаемых видов топлива, таких как уголь и природный газ. Небольшой, но растущий процент генерируется с использованием возобновляемых ресурсов, таких как солнце и ветер.

Каково мое личное влияние?

Выбросы, вызванные производством электроэнергии, различаются по стране из-за многих факторов, в том числе:

  • Сколько вырабатывается электроэнергии,
  • используемых технологий производства электроэнергии и
  • Используемые приборы для контроля загрязнения воздуха

Используйте калькулятор выбросов углекислого газа в домашних хозяйствах EPA, чтобы оценить годовые выбросы в вашей семье и найти способы их сокращения.

Используйте Power Profiler для создания отчета о воздействии производства электроэнергии на окружающую среду в вашем районе США. Все, что вам нужно, это ваш почтовый индекс. Использование Power Profiler занимает около пяти минут.

Для получения более подробной информации посетите Интегрированную базу данных о выбросах и генерирующих ресурсах (eGRID), исчерпывающий источник данных об экологических характеристиках почти всей электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах.

Как я могу уменьшить свое влияние?

Есть много способов уменьшить воздействие на окружающую среду при использовании энергии.Посетите страницу снижения вашего воздействия, чтобы узнать больше.

Что такое энергия ветра | GE Renewable Energy

Перейти к основному содержанию Связаться с нами