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iones negativos del aire

Ecuaciones de reacción de iones negativos Los iones negativos del aire ( NAI ) son moléculas de gas individuales o cúmulos de iones con carga negativa presentes en el aire. Dese...

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Ecuaciones de reacción de iones negativos

Los iones negativos del aire ( NAI ) son moléculas de gas individuales o cúmulos de iones con carga negativa presentes en el aire. Desempeñan un papel importante en el mantenimiento del equilibrio de carga de la atmósfera. [ 1 ] [ 2 ] Los componentes principales del aire son el nitrógeno molecular y el oxígeno . Debido a la fuerte electronegatividad del oxígeno y las moléculas que lo contienen, pueden capturar fácilmente electrones para formar iones de aire con carga negativa, la mayoría de los cuales son radicales superóxido ·O 2 − , por lo que los NAI están compuestos principalmente por iones de oxígeno negativos, también llamados iones de oxígeno negativos del aire. [ 3 ]

Los iones pueden producirse por medios naturales, como los rayos, o artificialmente mediante métodos como la descarga de corona . Pueden desempeñar un papel en la eliminación electrostática de partículas atmosféricas, tanto en aplicaciones industriales como en interiores, y se afirma que tienen un efecto beneficioso para la salud, aunque la evidencia al respecto es escasa.

Mecanismo de generación

Se forman diversos iones negativos del aire mediante la combinación de moléculas neutras activas y electrones en el gas a través de una serie de reacciones ión - molécula . [ 4 ]

En el aire, debido a la presencia de muchas moléculas de agua, los iones negativos del aire se combinan típicamente con agua para formar iones negativos del aire hidratados , como O − ·(H 2 O)n, O 2 − ·(H 2 O)n, O 3 − ·(H 2 O)n, OH − ·(H 2 O)n, CO 3 − ·(H 2 O)n, HCO 3 − ·(H 2 O)n, CO 4 − ·(H 2 O)n, NO 2 − ·(H 2 O)n, NO 3 − ·(H 2 O)n, etc. Los cúmulos de iones formados por la combinación de iones pequeños y moléculas de agua tienen un período de supervivencia más largo debido a su gran volumen y al hecho de que la carga está protegida por moléculas de agua y no es fácil de transferir. Esto se debe a que, en la colisión molecular, cuanto mayor es el volumen molecular, menor es la pérdida de energía al encontrarse con colisiones con otras moléculas, lo que prolonga el tiempo de supervivencia de los iones negativos del aire. [ 5 ]

Métodos de generación

Los iones negativos del aire pueden producirse mediante dos métodos: naturales o artificiales. Entre los métodos naturales se incluyen el efecto cascada, la ionización por rayos y las plantas. Los métodos naturales pueden generar una gran cantidad de iones negativos del aire. Los métodos artificiales incluyen la descarga de corona y el vapor de agua. Si bien los métodos artificiales pueden producir altos niveles de iones negativos del aire en comparación con los producidos en la naturaleza, existen diferencias en los tipos y concentraciones de estos iones. [ 6 ]

Entornos naturales

Método de cascada

El efecto Lenard

El mecanismo de producción de iones negativos del aire mediante el método de cascada se conecta con la generación de electricidad estática debido a las gotas de agua que chocan contra las superficies, descubierto por primera vez por Philipp Lenard en 1892 y ahora llamado electrificación por pulverización o efecto cascada . [ 7 ] [ 8 ] El agua que cae genera electricidad estática ya sea por colisiones entre gotas de agua o con el suelo, lo que lleva a que la niebla más fina en las corrientes ascendentes esté principalmente cargada negativamente, con carga positiva cerca de la superficie inferior. También puede ocurrir para gotas que se deslizan. [ 9 ] El hecho experimental de que se produce la carga está muy bien documentado, aunque los detalles del proceso exacto siguen siendo un tema de debate. Las observaciones de vídeo de alta velocidad muestran cómo la pulverización de agua puede dividirse en diferentes gotas. [ 10 ] Las gotas más grandes tienden a estar cargadas positivamente, mientras que las más pequeñas negativamente; esta separación de carga también está bien documentada para sólidos. Por ejemplo, ocurre en el procesamiento comercial de polvo [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] y en procesos naturales como tormentas de polvo, [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] Puede haber campos eléctricos de hasta 160 kV/m con condiciones de viento moderadas, lo que produce fuerzas de Coulomb de aproximadamente la misma magnitud que la gravedad . [ 17 ]

También pueden existir contribuciones derivadas de las diferencias de potencial de contacto entre líquidos o gases y otros materiales, similares a las diferencias de función de trabajo para los sólidos. Se ha sugerido que una serie triboeléctrica para líquidos es útil. [ 18 ] Una diferencia con respecto a los sólidos es que los líquidos suelen tener capas dobles cargadas , y la mayoría de los trabajos realizados hasta la fecha respaldan que la transferencia de iones (en lugar de electrones) predomina en los líquidos [ 19 ] como sugirió por primera vez Irving Langmuir en 1938. [ 20 ]

Todos estos procesos darán lugar a cargas, campos eléctricos relativamente altos y estos, a su vez, pueden conducir a la formación de iones gaseosos.

Impacto de rayo

Un intenso rayo que cayó de la nube a la tierra.

En la atmósfera, las cargas positivas y negativas se acumulan por encima y por debajo de las nubes. Una de las formas más comunes en que se genera la separación de cargas es mediante las colisiones de diferentes formas de hielo sólido, por ejemplo, granizo y partículas de hielo. De forma similar a las colisiones entre otros tipos de partículas mencionadas anteriormente, [ 11 ] las partículas de hielo se cargan positivamente y el granizo negativamente. [ 21 ] [ 22 ] Ambos tienen densidades diferentes, y las partículas de hielo tienden a ascender, mientras que el granizo cae o se desplaza hacia el centro de la tormenta. [ 21 ]

Esta separación de carga en diferentes regiones de las nubes genera grandes campos eléctricos. [ 23 ] Cuando la intensidad del campo eléctrico entre la nube y el suelo o diferentes partes de una tormenta supera la rigidez dieléctrica del aire, se produce una descarga que atraviesa el aire. [ 24 ] Durante el proceso de descarga eléctrica, las partículas cargadas bombardean las moléculas de aire circundantes, ionizándolas para generar iones negativos. En el momento del impacto del rayo, se generan cientos de millones de iones negativos. [ 25 ]

Descarga de la planta

Las hojas de la vegetación, en particular las plantas de interior, pueden generar iones. [ 26 ] La tasa es baja, puede incrementarse mediante la aplicación de campos eléctricos y existen indicios de que puede potenciarse en las puntas de las hojas, aunque también influyen factores fisiológicos. [ 27 ] Las condiciones de exposición a la luz también desempeñan un papel, con una dependencia exponencial de la intensidad de la iluminación. [ 28 ] Se han explorado biorreactores que pueden producir niveles de iones que podrían ser útiles para reducir contaminantes específicos. [ 29 ]

Ionización artificial

método de descarga de corona

Descarga de coronavirus

Actualmente, el método artificial más común es utilizar la descarga de corona para producir iones negativos. El proceso específico para producir iones negativos gaseosos mediante descarga de corona consiste en conectar el electrodo negativo de alto voltaje a un hilo delgado en forma de aguja o a un conductor con un radio de curvatura muy pequeño , de modo que se genere un campo eléctrico intenso cerca del electrodo, liberando electrones. Estos electrones colisionan con las moléculas de gas y producen nuevos electrones libres e iones positivos. Los electrones libres recién generados repiten el proceso anterior, y este proceso se repite continuamente. [ 30 ]

El método del vapor de agua

El método del vapor de agua se refiere al uso de tecnología artificial e instrumentos modernos para simular el proceso de carga mediante el efecto cascada, utilizando un flujo de aire a alta velocidad que choca con las gotas de agua, dispersando las gotas de agua más grandes en una gran cantidad de microgotas. A medida que ocurre la dispersión de las gotas de agua, el efecto Leonard se activa, generando iones negativos. [ 31 ] El aire que pasa por las gotas de agua también puede provocar carga triboeléctrica, similar a la "estática de precipitación" o "P-estática" de las aeronaves; las aeronaves suelen tener una o más mechas estáticas para eliminarla. [ 32 ]

Detección

La detección de iones negativos en el aire se divide en medición e identificación. La medición de iones negativos en el aire se puede lograr midiendo el cambio en la conductividad atmosférica cuando estos iones pasan a través de un tubo conductor. La identificación de iones negativos en el aire se realiza típicamente mediante espectrometría de masas , que puede identificar eficazmente una variedad de iones negativos, incluidos O⁻ , O₂⁻ , O₃⁻ , CO₃⁻ , HCO₃⁻ , NO₃⁻ , etc. [ 33 ]

Aplicación de iones negativos en el aire

Los iones negativos del aire ayudan a precipitar las partículas.

Mejora ambiental

Los iones negativos del aire son un componente de los filtros electrostáticos que se utilizan para eliminar el polvo y los contaminantes particulados (PM) tanto en la industria como en interiores. [ 34 ] Un área que se ha estudiado es el uso de un generador de iones negativos de corona en experimentos sobre la sedimentación de partículas a través de tres etapas: carga, migración y sedimentación. Se ha descubierto que el PM cargado se deposita o se hunde más rápido bajo la acción de la gravedad , por lo que el PM se deposita/precipita más rápido que el PM sin carga. [ 35 ] Además, estudios experimentales han demostrado que los iones negativos del aire tienen un efecto de degradación específico sobre el cloroformo , el tolueno y el 1,5-hexadieno y producen dióxido de carbono y agua como productos finales a través de reacciones químicas. [ 36 ]

Terapia con iones negativos

La terapia de ionización negativa del aire utiliza ionizadores de aire como tratamiento no farmacológico para enfermedades respiratorias , alergias o afecciones relacionadas con el estrés . Como enfoque preventivo para ayudar a reducir los contaminantes descritos anteriormente , desempeñan un papel. [ 37 ] [ 38 ] Además, se afirma que tienen un papel muy específico por sí mismos, [ 39 ] con muchos artículos al respecto en la literatura de divulgación científica. [ 40 ] [ 41 ] Sin embargo, revisiones detalladas de la evidencia indican que muchos de estos tratamientos que utilizan ionizadores de aire negativos tienen beneficios mínimos demostrados para la salud. [ 42 ] [ 37 ] [ 38 ] Por ejemplo, en 2018 Jiang et al. escribieron: "Se atribuye a la presencia de ionizadores de aire negativos el aumento de la salud psicológica, la productividad y el bienestar general, pero sin evidencia consistente o confiable de efectos terapéuticos y con controversia en cuanto a sus efectos antimicrobianos," [ 37 ]

Véase también

  • Ionizador de aire : dispositivo eléctrico para ionizar las moléculas de aire. 
  • Ion – Partícula, átomo o molécula con una carga eléctrica neta. 
  • Electricidad estática : desequilibrio de cargas eléctricas dentro o en la superficie de un material. 
  • Efecto triboeléctrico : transferencia de carga debida al contacto o deslizamiento. 

Referencias

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