Mạ điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Mạ đồngKỹ thuật mạ điện hay kỹ thuật Galvano (lấy theo tên nhà khoa học Ý Luigi Galvani), là tên gọi của quá trình điện hóa phủ lớp kim loại lên một vật.

Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ.

Ví dụ: mạ đồng trong dung dịch điện môi SO42-, tại cực dương:

Cu → Cu2+ + 2e-

Cu2+ + SO42- → CuSO4

CuSO4 dễ tan trong dung dịch, tại cực âm

CuSO4 → Cu2+ + SO42-

Cu2+ + 2e- → Cu

Kim loại mạ thường là vàng, bạc, đồng, niken và được dùng trong việc sản xuất đồ trang sức, linh kiện điện tử, tế bào nhiên liệu, đồ gia dụng không gỉ, ...

Mục lục [ẩn]

1 Lịch sử

2 Sự hình thành lớp mạ điện

3 Gia công bề mặt kim loại trước khi mạ

4 Xem thêm

5 Tham khảo

5.1 Ghi chú

5.2 Thư mục

6 Liên kết ngoài

[sửa] Lịch sử

Ngành mạ điện được nhà hóa học ý Luigi V. Brugnatelli khai sinh vào năm 1805. Ông đã sử dụng thành quả của người đồng nghiệp Alessandro Volta, pin Volta để tạo ra lớp phủ điện hóa đầu tiên. Phát minh của ông không có ứng dụng trong công nghiệp trong suốt 30 năm và chỉ được nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm. Năm 1839, hai nhà hóa học Anh và Nga khác độc lập nghiên cứu quá trình mạ kim loại đồng cho những nút bản in. Ngay sau đó, John Wright, Birmingham, Anh sử dụng Kali Xyanua cho dung dịch mạ vàng, bạc. Vào thời kì này, đó là dung dịch duy nhất có khả năng cho lớp mạ kim loại quý rất đẹp. Tiếp bước Wright, George Elkington và Henry Elkington đã nhận được bằng sáng chế kĩ thuật mạ điện vào năm 1840. Hai năm sau đó, ngành công nghiệp mạ điện tại Birmingham đã có sản phẩm mạ điện trên khắp thế giới. Cùng với sự phát triển của khoa học điện hóa, cơ chế điện kết tủa lên bề mặt kim loại ngày càng được nghiên cứu và sáng tỏ. Kĩ thuật mạ điện phi trang trí cũng được phát triển. Lớp mạ kền, đồng, kẽm, thiếc thương mại chất lượng tốt đã trở nên phổ biến từ những năm 1850. Kể từ khi máy phát điện được phát minh từ cuối thế kỉ 19, ngành công nghiệp mạ điện đã bước sang một kỉ nguyên mới. Mật độ dòng điện tăng lên, năng suất lao động tăng, quá trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn. Những dung dịch cùng với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn. Các lớp mạ được nghiên cứu phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn trang trí, làm đẹp... Kể từ sau chiến tranh thế giới thứ hai, người ta còn nghiên cứu thành công kĩ thuật mạ crom cứng, mạ đa lớp, mạ đồng hợp kim. mạ kền sunfamat... Nhà vật lí Mỹ Richard Feynman đã nghiên cứu thành công công nghệ mạ lên nền nhựa. Hiện nay công nghệ này đã được ứng dụng rộng rãi. Kĩ thuật mạ hiện là một trong ba quá trình trong chu trình LIGA - được sử dụng trong sản xuất robot điện tử siêu nhỏ (MEMS).

[sửa] Sự hình thành lớp mạ điện

Điều kiện tạo thành lớp mạ điện

Mạ điện là một công nghệ điện phân. Quá trình tổng quát là: -Trên anot xảy ra quá trình hòa tan kim loại anot :

M - ne → Mn+

-Trên catot xảy ra quá trình cation phóng điện trở thành kim loại mạ :

Mn+ + ne → M

Thực ra quá trình trên xảy ra theo nhiều bước liên tiếp nhau, bao nhiều giai đoạn nối tiếp nhau như: quá trình cation hidrat hóa di chuyển từ dung dịch vào bề mặt catot (quá trình khuếch tán) ; cation mất lớp vỏ hidrat, vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catot (quá trình hấp phụ) ; điện tử chuyển từ catot điền vào vành hóa trị của cation, biến nó thành nguyên tử kim loại trung hòa (quá trình phóng điện) ; các nguyên tử kim loại này sẽ tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham gia nuôi lớn mầm tinh thể đã hình thành trước đó. Mọi trở lực của các quá trình trên đều gây nên một độ phân cực catot, (quá thế catot ), tức là điện thế catot dịch về phía âm hơn một lượng so với cân bằng :

ηc = φcb - φ = ηnđ + ηđh + ηkt

Trong đó :

ηc : quá thế tổng cộng ở catot

φcb: điện thế cân bằng của catot

φ: điện thế phân cực catot (đã có dòng i)

ηnđ: quá thế nồng độ (phụ thuộc vào quá trình khuếch tán)

ηđh: quá thế chuyển điện tích

ηkt : quá thế kết tinh

Do đó, điện kết tủa kim loại trên catot sẽ chỉ diễn ra khi nào điện thế catot dịch chuyển khỏi vị trí cân bằng về phía âm một lượng đủ để khắc phục các trở lực nói trên.

Điều kiện xuất hiện tinh thể

Trong điều kiện điện kết tủa kim loại trong dung dịch, yếu tố quyết định tốc độ tạo mầm tinh thể là tỷ số giữa mật độ dòng điện catot Dc và mật độ dòng trao đổi i0 :

β = Dc / i0

Mặt khác, theo phương trình Tafel :

η = a + b.log Dc

Suy rộng ra, mọi yếu tố làm tăng phân cực catot đều cho lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, và ngược lại. Các mầm tinh thể ban đầu mới xuất hiện được ưu tiên tham gia vào mạng lưới tinh thể của kim loại nền ở vị trí có lợi nhất về mặt năng lượng. Đó là những chỗ tập trung nhiều nguyên tử láng giềng nhất, vì ở đó năng lượng dư bề mặt lớn nhất, các mối liên kết chưa được sử dụng là nhiều nhất. Nếu kim loại nền và kim loại kết tủa có cấu trúc mạng khá giống nhau về hình thái, kích thước thì cấu trúc của kim loại nền được bảo tồn và kim loại kết tủa sẽ phát triển theo cấu trúc đó (cấu trúc lai ghép (epitaxy)), xảy ra ở những lớp nguyên tử đầu tiên. Sau đó sẽ dần chuyển về cấu trúc vốn có của nó ở những lớp kết tủa tiếp theo. Trường hợp này cho lớp kim loại mạ có độ gắn bám rất tốt, xấp xỉ với độ bền liên kết của kim loại nền. Nếu thông số mạng của chúng khác khá xa nhau, hoặc bề mặt chúng có tạp chất hay chất hấp phụ, thì sự lai ghép sẽ không xảy ra. Đấy là một trong những nguyên nhân gây nên ứng suất nội và làm lớp mạ dễ bong.

Thành phần chất điện giải

Chất điện giải dùng trong mạ điện thường là dung dịch nước của muối đơn hay muối phức. Dung dịch muối đơn còn gọi là dung dịch axit. Cấu tử chính của dung dịch này là muối của các axit vô cơ hòa tan nhiều trong nước và phân ly hoàn toàn trong dung dịch thành các ion tự do. Ở dung dịch này, phân cực nồng độ và phân cực hóa học không lớn lắm nên lớp mạ thu được thô, to, dày mỏng không đều, rất dễ bị lỏi. Mặt khác dung dịch muối đơn cho hiệu suất dòng điện cao, và càng cao khi mật độ dòng lớn. Thường được dùng để mạ những chi tiết có hình thù đơn giản như dạng tấm, dạng hộp... Dung dịch muối phức dược tạo thành khi pha chế dung dịch từ các cấu tử ban đầu. ion kim loại mạ sẽ tạo phức với các ligan thành ion phức. hoạt độ của ion kim loại tự do giảm đi rất nhiều. do đó điện thế tiêu chuẩn dịch về phía âm rất nhiều. điều này giúp cho lớp mạ mịn, phủ kín, dày đều... được dùng để mạ các chi tiết có hình thù phức tạp... Để tăng độ dẫn điện cho dung dịch, thường pha thêm các chất điện giải trơ. Các chất này không tham gia vào quá trình catot và anot mà chỉ đóng vai trò chuyển điện trong dung dịch, làm giảm điện thế bể mạ. Các chất dẫn điện thường dùng là Na2SO4, H2SO4, Na2CO3... Để ổn định pH cho dung dịch mạ, cần phải thêm vào dung dịch chất đệm pH thích hợp để tạo môi trường thích hợp nhất cho phản ứng điện kết tủa xảy ra. Các chất hoạt động bề mặt bao gồm các chất bóng loại I, loại II, các chất thấm ướt, chất chống thụ động anot thường là những hợp chất hữu cơ, có tác dụng hấp phụ lên bề mặt phân chia pha, tham gia vào một số quá trình mong muốn, làm cho lớp mạ thu được có chất lượng tốt hơn.

[sửa] Gia công bề mặt kim loại trước khi mạ

Gia công cơ học

Gia công cơ học là quá trình giúp cho bề mặt vật mạ có độ đồng đều và độ nhẵn cao, giúp cho lớp mạ bám chắc và đẹp. có thể thực hiện gia công cơ học bằng nhiều cách : mài, đánh bóng (là quá trình mài tinh), quay xóc đối với các vật nhỏ, chải, phun tia cát hoặc tia nước dưới áp suất cao Quá trình gia công cơ học làm lớp kim loại bề mặt sản phẩm bị biến dạng, làm giảm độ gắn bám của lớp mạ sau này. Vì vậy trước khi mạ cần phải hoạt hóa bề mặt trong axit loãng rồi đem mạ ngay.

Tẩy dầu mỡ

Bề mặt kim loại sau nhiều công đoạn sản xuất cơ khí, thường dính dầu mỡ, dù rất mỏng cũng đủ để làm cho bề mặt trở nên kị nước, không tiếp xúc được với dung dịch tẩy, dung dịch mạ... Có thể tiến hành tẩy dầu mỡ bằng các cách sau: Tẩy trong dung môi hữu cơ như tricloetylen C2HCl3, tetracloetylen C2Cl4, cacbontetraclorua CCl4... chúng có đặc điểm là hòa tan tốt nhiều loại chất béo, không ăn mòn kim loại, không bắt lửa. Tuy nhiên, sau khi dung môi bay hơi, trên bề mặt kim loại vẫn còn dính lại lớp màng dầu mỡ rất mỏng => không sạch, cẩn phải tẩy tiếp trong dung dịch kiềm. Tẩy trong dung dịch kiềm nóng NaOH có bổ sung thêm một số chất nhũ tương hóa như Na2SiO3, Na3PO4... Với các chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật sẽ tham gia phản ứng xà phòng hóa với NaOH và bị tách ra khỏi bề mặt. Với những loại dầu mỡ khoáng vật thì sẽ bị tách ra dưới tác dụng nhũ tương hóa của Na2SiO3. Tẩy trong dung dịch kiềm bằng phương pháp điện hóa, dưới tác dụng của dòng điện, oxy và hidro thoát ra có tác dụng cuốn theo các hạt mỡ bám vào bề mặt. tấy bằng phương pháp này dung dịch kiềm chỉ cần pha loãng hơn so với tẩy hóa học đã đạt hiệu quả. Tẩy dầu mỡ siêu âm là dùng sóng siêu âm với tần số dao động lớn tác dụng lên bề mặt kim loại, những rung động mạnh sẽ giúp lớp dầu mỡ tách ra dễ dàng hơn.

Tẩy gỉ

Bề mặt kim loại nền thường phủ một lớp oxit dày, gọi là gỉ. tẩy gỉ hóa học cho kim loại đen thường dùng axit loãng H2SO4 hay HCl hoặc hỗn hợp của chúng. Khi tẩy thường diễn ra đồng thời 2 quá trình: hòa tan oxit và kim loại nền. Tẩy gỉ điện hóa là tẩy gỉ hóa học đồng thời có sự tham gia của dòng điện. Có thể tiến hành tẩy gỉ catot hoặc tẩy gỉ anot. Tẩy gỉ anot lớp bề mặt sẽ rất sạch và hơi nhám nên lớp mạ sẽ gắn bám rất tốt. Tẩy gỉ catot sẽ sinh ra H mới sinh, có tác dụng khử một phần oxit. Hidro sinh ra còn góp phần làm tơi cơ học màng oxit và nó sẽ bị bong ra. Tẩy gỉ bằng catot chỉ áp dụng cho vật mạ bằng thép cacbon, còn với vật mạ Ni, Cr thì không hiệu quả lắm.

Tẩy bóng điện hóa và hóa học

Tẩy bóng điện hóa cho độ bóng cao hơn gia công cơ học. lớp mạ trên nó gắn bám tốt, tinh thể nhỏ, ít lỗ thủng và tạo ra tính chất quang học đặc biệt. Khi tẩy bóng điện hóa thường mắc vật tẩy với anot đặt trong một dung dịch đặc biệt. Do tốc độ hòa tan của phần lồi lớn hơn của phần lõm nên bề mặt được san bằng và trở nên nhẵn bóng. Cơ chế tẩy bóng hóa học cũng giống tẩy bóng điện hóa. Khi tẩy bóng hóa học cũng xuất hiện lớp màng mỏng cản trở hoặc kìm hãm tác dụng xâm thực của dung dịch với kim loại tại chỗ lõm.

Tẩy nhẹ

Tẩy nhẹ hay còn gọi là hoạt hóa bề mặt, nhằm lấy đi lớp oxit rất mỏng, không nhìn thấy được, được hình thành trong quá trình gia công ngay trước khi mạ. khi tẩy nhẹ xong, cấu trúc tinh thể của nền bị lộ ra, độ gắn bám sẽ tăng lên.

Quá thế

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Quá thế (overpotential) là một khái niệm điện hóa, chỉ sự chênh lệch về điện thế (Vôn) giữa điện thế khử cân bằng (so sánh với điện cực hidro tiêu chuẩn (NHE) của bán phản ứng oxy hóa-khử với điện thế áp vào điện cực nghiên cứu (so sánh với điện cực hidro tiêu chuẩn (NHE)). Quá thế biểu thị sự chênh lệch về mặt năng lượng để cho phản ứng oxy hóa-khử có thể xảy ra. Phần năng lượng chênh lệch đó sẽ có tác dụng thắng các trở lực, điều khiển phản ứng xảy ra theo một chiều nhất định và với một tốc độ nhất định.

Trong điện phân, hiệu điện thế mạch ngoài luôn lớn hơn (về trị số) hiệu điện thế của hai bán phản ứng catot, anot, để có thể thắng được các trở lực, quá trình điện phân mới xảy ra được.

Trong pin điện hóa, hiệu điện thế mạch ngoài luôn nhỏ hơn (về trị số) hiệu điện thế của hai bán phản ứng catot, anot. Phần năng lượng mất đi này là do nó phải chống lại các trở lực của các quá trình điện hóa trong pin.

Công thức tổng quát của quá thế:

η = ΔV = φ - φcb

Trong đó: η: quá thế của một bán phản ứng, V

φ: Điện thế áp vào, V

φcb: Điện thế cân bằng của bán phản ứng oxy hóa-khử, V

Mục lục [ẩn]

1 Nhiệt động học

2 Các loại quá thế

2.1 Quá thế chuyển điện tích

2.2 Quá thế nồng độ

2.3 Quá thế khuếch tán

2.4 Quá thế kết tinh

2.5 Quá thế điện trở

3 Tham khảo

4 Tham khảo

[sửa] Nhiệt động học

Nghiên cứu về mặt nhiệt động học cho thấy mật độ dòng điện phụ thuộc rất nhiều vào quá thế. Với mỗi điện cực và một loại dung dịch nghiên cứu khác nhau, ta thấy sự phụ thuộc giữa mật độ dòng điện và quá thế cũng rất khác nhau. Với mỗi giá trị dòng điện và điện thế đo đạc, có thể dựng được mỗi quan hệ giữa quá thế và mật độ dòng điện, được gọi là đường cong phân cực. Theo phương trình Tafel ở vùng có quá thế tương đối lớn (>200mV) :

where

ΔV: Quá thế, V

A: Hệ số Tafel, V

i: Mật độ dòng điện, A/m2 và

i0: Mật độ dòng trao đổi, A/m2.

[sửa] Các loại quá thế

Qúa thế tổng cộng (tổng trở lực) của một pin điện hóa là tổng hợp của tất cả các loại quá thế (các trở lực) có mặt trong pin điện hóa. Các loại quá thế đó là:

[sửa] Quá thế chuyển điện tích

[sửa] Quá thế nồng độ

[sửa] Quá thế khuếch tán

[sửa] Quá thế kết tinh

[sửa] Quá thế điện trở

Điện cực hidro tiêu chuẩn

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Điện cực hidro tiêu chuẩn hay SHE hay còn được gọi là điện cực hidro thông thường hay NHE là loại điện cực có cấu tạo đặc biệt, điện thế của nó được dùng làm tiêu chuẩn để xác định điện thế của các điện cực khác. Trong mạch điện hóa, điện cực hidro tiêu chuẩn được mắc vào mạch với vai trò là điện cực so sánh. Điện thế của nó được quy ước bằng 0V ở 25oC, dung dịch có hoạt độ H+bằng 1, áp suất 1 atm.

Mục lục [ẩn]

1 Cấu tạo

2 Điện cực bạch kim

3 Cấu tạo

4 Tham khảo

[sửa] Cấu tạo

Bán phản ứng khử của điện cực hidro như sau:

2H+(aq) + 2e- → H2(g)

Phản ứng trên xảy ra trên điện cực bạch kim (thực ra là điện cực titan phủ muội bạch kim), dung dịch có hoạt độ H+bằng 1.

Phương trình Nernst được viết trong trường hợp này như sau:

Trong đó:

aH+ là hoạt độ của ion hidro, aH+=fH+ CH+ /C0

pH2 là áp suất của khí hidro pascals, Pa

R là hằng số khí lý tưởng

T là nhiệt đô kelvins

F là hằng số Faraday (điện tích của mỗi phân tử hidro phóng điện), bằng 9.6485309*104 C mol-1

p0 là áp suất chuẩn 105 Pa

[sửa] Điện cực bạch kim

Điện cực bạch kim được sử dụng là loại điện cực titan được mạ một lớp bạch kim rất xốp (bạch kim đen). Diện tích bề mặt điện cực được tăng lên một cách đáng kể. Điện cực bạch kim được sử dụng trong trường hợp này bởi vì nó cho quá thế thoát hidro nhỏ nhất và mật độ dòng trao đổi khá nhỏ

cấu tạo điện cực SHE[sửa] Cấu tạo

Điện cực bạch kim

Đường dẫn khí hidro

Dung dịch axit hoạt độ bằng 1

Đường thoát hidro

Cầu muối

Pin sạc

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Nguồn điện thứ cấp hay ắc quy (gốc tiếng Pháp accumulateur) hay pin sạc là loại pin có thể tái sử dụng nhiều lần bằng cách cắm điện và đặt vào bộ sạc để sạc lại. Pin sạc hiện nay trên thị trường chủ yếu là ba loại sử dụng các chất hóa học khác nhau gồm: NiCd, NiMH và Lithium.

[sửa] So sánh các loại pin sạc

Kiểu Miêu tả Thành phần Mật độ năng lượng

(MJ/kg) Áp dụng Tình trạng phát triển

Pin Nickel-sắt Với điện áp chỉ định của một tế bào à 1.2V, là một loại pin rất mạnh và chịu được các lạm dụng, (sạc quá cao, sử dụng quá nhiều, ngắn mạch và chấn động nhiệt) và có thể có tuổi thọ cao mặc cho bị lạm dụng. Thường được sử dụng trong các tình huống dự phòng nơi nó có thể được sạc liên tục và có thể bền đến 20 năm. Giới hạn của nó: mật độ năng lượng thấp, khả năng trữ điện kém, và hoạt động kém trong điều kiện nhiệt độ thấp, và giá sản xuất cao so với pin acid chì dẫn đến sự giảm sút trong việc sử dụng cùng với có tỉ số năng lượng - trọng lượng thấp nhất. cathode: Nickel(III) oxide-hydroxide

anode: iron

electrolyte: potassium hydroxide Sản xuất từ 1903

Pin acid - chì Pin acid chì ướt: (Bình ac-quy) Ưu điểm chính của hóa chất này là giá thành thấp - một pin lớn (ví dụ 70 Ah) là tương đối rẻ khi so sánh với các hóa chất khác. Tuy nhiên, pin hóa chất này có mật độ năng lượng thấp hơn các loại pin hóa chất khác hiện hành. 0.11 Xe hơi, hệ thống báo động và các nguồn điện không bị ngắt Phát minh năm 1859

Pin Gel: Một kiểu pin VRLA. Không giống như pin ướt chì - acid truyền thống, những tế bào của pin gel được điều khiển bằng van. gelified electrolyte Trong xe hơi, tàu thủy, máy bay, và các loại phương tiện có động cơ khác

Thủy tinh hấp thụ: Một kiểu pin VRLA. Những tấm trong một pin AGM có thể phẳng như là các tế bào ướt trong pin chì - acid, hay chúng được cuốn lại theo hình xoắn ốc. Trong loại AGM hình trụ, những tấm mỏng và được cuộn lại, như trong hầu hết các loại tế bào có thể sạc lại được, theo hình xoắn ốc và chúng đôi khi được gọi là các tấm xoắn ốc. electrolyte được hấp thụ vào một tấm bằng sợi thủy tinh

Pin Nickel cadmium Loại hóa chất này cho một đời sống tính theo số chu kì nạp xả dài nhất (trên 1500 chu kì), nhưng có mật độ năng lượng thấp so với một số hóa chất khác. Các loại pin sử dụng các kỹ thuật cũ hơn chịu hiệu ứng nhớ, nhưng điều này đã được giảm nhiều trong các loại pin hiện đại. Cadmium độc cho hầu hết các dạng sống, đem lại những mối quan tâm về môi trường. anode: cadmium

cathode: nickel Sử dụng trong nhiều đồ điện gia dụng, nhưng bị lấn chỗ bởi các kiểu Li-ion và Ni-MH Sản xuất hàng loạt từ năm 1946

Pin Nickel metal hydride Giống như pin nickel-cadmium (NiCd) như có một hợp kim hấp thụ hydride cho anode thay vì cadmium; do đó, nó ít độc hại hơn đối với môi trường. Một pin NiMH có thể có dung lượng hai đến ba lần so với một pin NiCd cùng kích thước và hiệu ứng nhớ không lớn lắm. Tuy vậy, so với hóa chất lithium ion, mật độ năng lượng tính theo thể tích thấp hơn và khả năng tự xả là cao hơn. anode: hợp kim hấp thu

cathode: nickel 0.22 các loại xe hybrid như Toyota Prius và các đồ điện dân dụng sản xuất từ năm 1983

Pin Lithium ion Một loại pin hóa học tương đối mới cho một mật độ nạp rất cao (nghĩa là một pin nhẹ có thể trữ được rất nhiều năng lượng) và không bị chịu bất cứ hiệu ứng nhớ nào. 0.54 to 0.72 Laptops, các điện thoại - máy ảnh, một số MP3 players có thể sạc lại được và hầu hết các thiết bị số xách tay khác Sản xuất khoảng 1990

Pin Lithium ion polymer Có các tính chất giống như lithium-ion, nhưng có mật độ sạc thấp hơn một chút và tỉ lệ phân hủy theo chu kì lớn hơn. Các tế bào siêu mỏng (dày 1 mm) cho các loại PDA mới nhất Sản xuất từ 1996

Pin NaS Có mật độ năng lượng cao, hiệu quả sạc/xả cao (89-92%), chu kì đời sống dài, và được làm từ các vật liệu không đắt tiền, không độc. Tuy nhiên, nhiệt độ vận hành 300 đến 350 °C và bản chất ăn mòn cao của sodium làm nó chỉ thích hợp cho các ứng dụng lớn không di động. Một ứnd dụng được đề nghị là các bình trữ điện mạng lưới điện

Pin Nickel-kẽm Là một loại pin sạc lại thường được sử dụng trong các xe nhẹ chạy bằng điện. Pin này vẫn chưa được thấy phổ biến trên thị trường, nhưng chúng được xem là những pin của thế hệ kế tiếp sử dụng cho những ứng dụng có nhu cầu cao, mà được xem là sẽ thay thế pin chì - acid bởi tỉ số năng lượng/trọng lượng và công suất/trọng lượng (đến 75% nhẹ hơn với cùng công suất), và tương đối rẻ hơn so với pin nickel-cadmium (giá mong đợi là giữa NiCd và chì-acid, nhưng với độ tích trữ năng lượng gấp đôi).

Pin muối nấu chảy Loại pin điện ở nhiệt độ cao có thể cung cấp cả mật độ năng lượng cao thông qua việc lựa chọn cặp hóa chất phản ứng thích hợp cũng như là mật độ công suất cao thông qua độ dẫn điện cao của các chất muối điện phân nấu chảy. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng khi mật độ năng lượng cao và mật độ công suất cao được đòi hỏi. Những đặc điểm này làm pin muối nấu chảy có nhiều triển vọng được sử dụng trong các xe hơi chạy bằng điện. Vận hành ở nhiệt độ 400 đến 700°C tuy vậy đã đem lại các vấn đề về quản lý nhiệt độ và độ an toàn và đặt ra nhiều yêu cầu gắt gao cho các cấu phần còng lại của pin. chất điện phân bằng muối nấu chảy

Pin siêu sắt Một loại pin mới có thể sạc lại. "Siêu-sắt" là một moniker cho một loại muối sắt đặc biệt (iron(VI)): potassium ferrate hay barium ferrate, được sử dụng trong loại pin mới này.[1] Cho đến năm 2004, nhà hóa học Stuart Licht tại Đại học Massachusetts ở Boston đang dẫn đầu về việc nghiên cứu về loại pin siêu-sắt. Đang nghiên cứu

Pin kẽm bromide Là một loại pin nhiên liệu lỏng hybrid. Một dung dịch kẽm zinc bromide được tích trữ trong hai bình chứa. Khi pin được nạp hay xả dung dịch (chất điện phân) được bơm thông qua một lò phản ứng trở lại vào hai bình. Một bình được sử dụng để chứa chất điện phân cho phản ứng ở điện cực dương và bình kia cho điện cực âm. chất điện phân zinc bromide

Pin niken hiđrua kim loại

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Bản mẫu:Batteries

Pin sạc điện dung lớn NiMH hiện đại

Pin niken hiđrua kim loại, viết tắt NiMH, là một kiểu pin sạc tương tự như pin niken cadmi (NiCd) nhưng sử dụng hỗn hợp hấp thu hiđrua cho anốt thay cho cadmi, vốn là một chất độc hại; vì thế, nó không gây ô nhiễm nhiều cho môi trường. Một pin NiMH có thể có điện dung lớn gấp hai đến ba lần so với pin NiCd cùng kích thước và hiệu ứng nhớ cũng nhỏ hơn. Tuy nhiên, khi so sánh với pin ion liti, mật độ thể tích năng lượng của nó thấp hơn và độ tự xả (self-discharge) cao hơn. Các ứng dụng của pin nhiên liệu kiểu NiMH gồm xe hybrid (như mẫu Toyota Prius) và các thiết bị điện tử. Kỹ thuật NiMH cũng được sử dụng cho tàu điện sàn thấp (như các mẫu do hãng Alstom Citadis tại Nice, Pháp, chế tạo); cũng như cho người máy dạng người (ví dụ ASIMO của Honda). Các pin NiMH tiêu chuẩn phù hợp với các thiết bị tiêu hao nhiên liệu mức trung bình như máy ảnh số, đèn chớp, và các loại thiết bị điện tử khác, nhưng, bởi vì pin NiCd có mức trở kháng thấp, chúng vẫn được dùng cho các thiết bị dùng dòng cao như các công cụ không dây và ô tô điều khiển từ xa.

Mục lục [ẩn]

1 Sạc

2 Xả

3 Lịch sử và các thông tin khác

4 Hóa học

5 Xem thêm

6 Tham khảo

7 Liên kết ngoài

[sửa] Sạc

Khi sạc nhanh, nên sạc các pin NiMH bằng một máy sạc pin thông minh để tránh sạc quá mức, có thể gây hư hỏng pin và tạo ra những điều kiện nguy hiểm. Các pin NiMH hiện đại có chứa các chất xúc tác để phản ứng ngay lập tức với các loại khí sinh ra trong quá trình sạc quá mức để pin không bị tổn hại (2 H2 + O2 ---xúc tác--> 2 H2O). Tuy nhiên, nó chỉ làm việc khi dòng điện lên tới C/10 h (điện dung danh nghĩa được chia cho 10 tiếng). Vì có phản ứng này, pin sẽ nóng lên rất nhiều, đánh dấu sự kết thúc quá trình sạc. Một số máy sạc nhanh có quạt để giữ pin mát.

Một số nhà sản xuất thiết bị cho rằng pin NiMH có thể được sạc một cách an toàn và đơn giản với các sạc pin dòng điện (thấp) ổn định, có hay không có đồng hồ tính giờ và rằng việc thường xuyên sạc quá mức cũng có thể cho phép với các dòng lên tới cỡ C/10 h. Trên thực tế, hình thức này được áp dụng cho các điện thoại bàn không dây và các loại sạc pin rẻ tiền. Dù có thể là an toàn, thì điều đó cũng không tốt cho tuổi thọ pin. Theo cuốn hướng dẫn sạc pin NiMH của Panasonic [1], thiết bị nạp điện thường xuyên (sạc quá mức dòng nhỏ) có thể khiến pin bị hỏng và tỷ lệ nạp điện có thể được giới hạn tới mức giữa 0,033×C trên giờ và 0,05×C trên giờ cho tối đa 20 giờ để tránh làm hỏng pin.

Việc sạc pin NiMH trong quy trình bảo quản dài hạn pin cần dùng các xung theo chu kỳ phục vụ với dòng điện cao thay cho dùng dòng điện thấp trong thời gian dài để bảo quản tuổi thọ cho pin.

Pin mới hay pin không sử dụng trong một khoảng thời gian cần được sạc đầy trước khi sử dụng. Cũng vì lý do này các pin mới có thể phải cần trải qua vài quá trình sạc/xả trước khi đạt mức điện dung công bố.

[sửa] Xả

Cần thận trọng khi tiến hành xả pin nhằm đảm bảo một hay nhiều viên pin trong một loạt pin nối kết với nhau, tương tự như hai hay bốn viên pin AA trong một máy ảnh số, không bị xả hết toàn bộ và rơi vào tình trạng đảo cực. Các viên pin không bao giờ hoàn toàn giống nhau, và vì thế không tránh được tình trạng một viên sẽ bị xả hết hoàn toàn trước các viên khác. Khi điều này xảy ra, viên pin "tốt" sẽ bắt đầu "biến" viên đã xả hết đảo chiều, điều này có thể khiến viên pin đó hỏng hoàn toàn. Một số máy ảnh, thiết bị định vị toàn cầu và PDA dò điện áp chấm dứt xả an toàn của toàn bộ một nhóm pin và chấm dứt quá trình xả, nhưng các thiết bị khác như đèn chớp và một số đồ chơi không có chức năng này. Khi nhận thấy đèn tối hoặc thiết bị hoạt động chậm lại, cần ngay lập tức tắt thiết bị để tránh tình trạng đảo cực. Đối với thiết bị chỉ sử dụng một viên pin, tình trạng đảo cực sẽ không xảy ra, bởi vì không có viên pin nào khác sạc ngược cho nó khi nó đã xả hết.

Pin NiMH có tỷ lệ tự xả cao hơn pin NiCd. Tỷ lệ tự xả trong ngày đầu tiên thường ở mức 5-10% [cần dẫn nguồn], và ổn định trong khoảng 0,5-1% mỗi ngày ở nhiệt độ phòng. Tỷ lệ này bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ bảo quản pin.

[sửa] Lịch sử và các thông tin khác

Kỹ thuật pin NiMH được Ovonic Battery, một chi nhánh của ECD Ovonics có trụ sở tại Michigan phát triển (www.ovonic.com), một trong những người đồng sáng lập công ty này trong thập kỷ 1950 là nhà vật lý học Stanford R. Ovshinsky và vợ ông Iris Ovshinsky. Các pin NiMH bắt đầu được bán ra công chúng năm 1983.

Những pin tiểu (AA) thông thường có điện dung danh nghĩa C từ 1100mAh tới 2700mAh ở mức điện áp hoạt động 1,2V, thường được xếp vào loại pin cỡ 0,2C. Điện dung xả hữu dụng là số nghịch đảo của tốc độ xả, nhưng với điện dung hữu dụng cỡ 1C trở lên, không có sự khác biệt rõ rệt. Các pin NiMH có chất điện phân kiềm, thường là kali hyđrôxít. Mật độ khối lượng năng lượng đặc trưng của nguyên liệu NiMH xấp xỉ 60 W·h/kg (220 kJ/kg), với mật độ thể tích năng lượng khoảng 100 W·h/L (360 MJ/m³).

[sửa] Hóa học

Phản ứng anốt xảy ra trong một pin NiMH như sau:

H2O + Mm + 2e- ↔ OH- + 0.5H2 (được tích trữ thành Mm-Hx)

Pin được sạc theo vế phải của phương trình này và xả theo vế trái. Mm biểu thị mischmetal. Cần nhớ rằng hydro sinh ra trong quá trình sạc được trữ ở dạng Mm-Hx, hyđrua kim loại của pin. Nó không sinh ra ở dạng khí. Hiđrôxít niken (II) tạo thành cathốt.

"Kim loại" trong một pin NiMH trên thực tế là hỗn hợp liên kim loại (intermetalic). Nhiều hợp chất khác nhau đã được nghiên cứu cho ứng dụng này, nhưng những hợp chất thường sử dụng hiện nay được chia thành hai loại. Hợp chất thường thấy nhất là AB5, với A là một hỗn hợp đất hiếm và/hay titan và B là niken, côban, măngan, và/hay nhôm. Các điện cực điện dung cao "đa thành phần" dựa trên các hỗn hợp AB2, với A là titam và/hay vanadi và B là zirconi hay niken, được bổ sung crôm, côban, sắt, và/hay măngan [2].

Tất cả các hỗn hợp đó đều có cùng vai trò, có thể tạo thành một hỗn hợp các hợp chất hiđrua kim loại. Khi các ion hydro bị tách khỏi dung dịch điện phân kali hydroxít do điện áp tạo ra trong quá trình sạc, quá trình này ngăn chặn chúng tạo ra khí, cho phép giữ khối lượng và áp suất thấp. Khi pin xả điện, các ion tương tự được giải phóng để tham gia vào quá trình nghịch đảo.

Các pin NiMH ít bị ăn mòn, vì thế nếu để chúng trong đèn chớp trong thời gian hơn một năm, chúng ít bị ăn mòn hơn so với các loại pin kiềm.

Pin quang điện hóa

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Pin quang điện hóa (photovoltaic cell) là hệ điện hóa có khả năng tích trữ năng lượng mặt trời (quang năng) thành dạng năng lượng hóa học (hóa năng) để tái sử dụng. Pin quang hóa thực chất là một hệ điện hóa kép có cấu tạo gồm 2 phần. Phần thứ nhất là hệ quang điện phân. Phần thứ hai là hệ pin điện hóa thông thường.

Mục lục [ẩn]

1 Hệ quang điện phân

2 Hệ pin điện hóa

3 Hướng nghiên cứu

4 Tham khảo

5 Xem thêm

6 Liên kết ngoài

[sửa] Hệ quang điện phân

Hệ quang điện phân là phần có nhiệm vụ chuyển hóa và tích trữ quang năng thành hóa năng. Nó cũng là phần quan trọng nhất của pin quang điện hóa, có cấu tạo là một hệ điện hóa, gồm 2 điện cực anot và catot đặt trong một dung dịch điện giải nhất định (điện dịch). Điểm khác biệt là 2 điện cực này không phải làm bằng kim loại mà làm bằng các vật liệu bán dẫn. Điện cực anot làm bằng vật liệu bán dẫn loại n còn điện cực catot làm bằng bán dẫn loại p, chúng được nối với nhau bằng một mạch điện ngoài.

Khi chiếu ánh sáng lên hai điện cực, sẽ xảy ra hiện tượng quang điện. Kết quả là các điện tử sẽ bị bứt ra khỏi anot và chuyển dời theo mạch ngoài đến catot, sinh ra dòng điện. Tại một mức điện áp nhất định, trên các điện cực sẽ xảy ra phản ứng điện phân, sinh ra các hóa chất giàu năng lượng. Các hóa chất giàu năng lượng này đóng vai trò tích lũy năng lượng.

Thực tế hệ quang điện phân có cấu tạo rất tinh vi và có kích thước rất nhỏ (cỡ nm). Một pin quang điện hóa có từ hàng trăm nghìn đến hàng triệu hệ quang điện phân nhỏ. Để giảm tối đa điện trở của mạch ngoài, mạch ngoài thường chỉ là 1 đơn tinh thể kim loại gồm vài trăm đến vài chục nghìn nguyên tử. Các điện cực cũng có kích thước rất nhỏ. Thời gian sống và chu kì làm việc của hệ quang điện phân cũng không lớn (vài chục giờ so với vài năm của pin mặt trời thông thường). Đây cũng là yếu điểm lớn nhất của pin quang điện hóa mà với trình độ khoa học hiện tại chưa giải quyết được.

[sửa] Hệ pin điện hóa

Các hóa chất giàu năng lượng sau khi được sinh ra từ hệ quang điện phân sẽ tái phóng năng lượng trong hệ pin điện hóa. Tại đây các hóa chất này sẽ tham gia phản ứng oxy hóa - khử trên các điện cực và chuyển hóa thành điện năng ở mạch ngoài.

[sửa] Hướng nghiên cứu

Hiện tại pin quang điện hóa được quan tâm nghiên cứu nhất là loại pin sử dụng bức xạ Mặt Trời để điện phân nước biển thành nhiên liệu cơ bản là Hidro và Oxy. Sự thành công của hướng nghiên cứu này được đánh giá là sẽ giúp cho nhân loại thoát khỏi nguy cơ cạn kiệt năng lượng và tình trạng ô nhiễm môi trường. Bởi vì nguồn bức xạ Mặt Trời sẽ là vô tận trong nhiều tỷ năm nữa, còn Hidro là loại nhiên liệu không gây sản sinh ra khí nhà kính. Các nghiên cứu đã thành công bước đầu song vẫn còn nhiều việc phải làm.

Tế bào nhiên liệu

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Methanol fuel cell. The actual fuel cell stack is the layered bi-cubic structure in the center of the image

Construction of a low temperature Tế bào nhiên liệu màng điện phân trao đổi proton qua màng lọc polymer: Bipolar plate as electrode with in-milled gas channel structure, fabricated from conductive plastics (enhanced with carbon nanotubes for more conductivity); Porous carbon papers; reactive layer, usually on the polymer membrane applied; polymer membrane.Các tế bào nhiên liệu (tiếng Anh: fuel cell) biến đổi năng lượng hóa học của nhiên liệu thí dụ như là hiđrô trực tiếp thành năng lượng điện. Không giống như pin hoặc ắc quy, tế bào nhiên liệu không bị mất điện và cũng không có khả năng tích điện. Tế bào nhiên liệu hoạt động liên tục khi nhiên liệu (hiđrô) và chất ôxi hóa (ôxy) được đưa từ ngoài vào.

Mục lục [ẩn]

1 Lịch sử

2 Cấu tạo

3 Nguyên lý hoạt động

4 Phân loại

5 Ứng dụng

6 Ưu điểm và nhược điểm

6.1 Ưu điểm

6.2 Nhược điểm

6.3 Vấn đề môi trường

7 Liên kết ngoài

[sửa] Lịch sử

Năm 1839 nhà khoa học tự nhiên người xứ Wales Sir William Robert Grove đã chế tạo ra mô hình thực nghiệm đầu tiên của tế bào nhiên liệu, bao gồm hai điện cực platin được bao trùm bởi hai ống hình trụ bằng thủy tinh, một ống chứa hiđrô và ống kia chứa ôxy. Hai điện cực được nhúng trong axít sulfuric loãng là chất điện phân tạo thành dòng điện một chiều. Vì việc chế tạo các hệ thống tế bào nhiên liệu quá phức tạp và giá thành đắt, công nghệ này dừng lại ở đấy cho đến thập niên 1950.

Thời gian này ngành du hành vũ trụ và kỹ thuật quân sự cần dùng một nguồn năng lượng nhỏ gọn và có năng suất cao. Các tàu du hành vũ trụ và tàu ngầm cần dùng năng lượng điện không thông qua động cơ đốt trong. NASA đã quyết định dùng cách sản xuất điện trực tiếp bằng phương pháp hóa học thông qua tế bào nhiên liệu trong các chương trình du hành vũ trụ Gemini và Apollo. Các tế bào nhiên liệu sử dụng trong chương trình Gemini được NASA phát triển vào năm 1965. Với công suất khoảng 1 kW các tế bào nhiên liệu này đã cung cấp đồng thời điện và nước uống cho các phi hành gia vũ trụ. Các tế bào nhiên liệu của chương trình Gemini chỉ dài 60 cm và có đường kính là 20 cm.

Công việc nghiên cứu về công nghệ tế bào nhiên liệu không phải bị ngưng đến thập niên 50 của thế kỷ 20 mà nó vẫn được tiếp tục phát triển để hoàn thiện.

Nhờ chế tạo được các màng (membrane) có hiệu quả cao và các vật liệu có khả năng chống ăn mòn hóa học tốt hơn và cũng nhờ vào công cuộc tìm kiếm một nguồn năng lượng thân thiện môi trường cho tương lai tế bào nhiên liệu được phát triển mạnh vào đầu thập niên 1990. Thông qua đó việc sử dụng tế bào nhiên liệu dành cho các mục đích dân sự đã trở thành hiện thực. Ngày nay khả năng sử dụng trải dài từ vận hành ô tô, sưởi nhà qua các nhà máy phát điện có công suất hằng 100 kW cho đến những ứng dụng bé nhỏ như trong điện thoại di động hoặc máy vi tính xách tay.

[sửa] Cấu tạo

Condensation of water produced by a PEMFC on the air channel wall. The gold wire around the cell ensures the collection of electric current.[1]Một tế bào nhiên liệu có cấu tạo đơn giản bao gồm ba lớp nằm trên nhau. Lớp thứ nhất là điện cực nhiên liệu (cực dương), lớp thứ hai là chất điện phân dẫn ion và lớp thứ ba là điện cực khí ôxy (cực âm). Hai điện cực được làm bằng chất dẫn điện (kim loại, than chì, ...). Chất điện phân được dùng là nhiều chất khác nhau tùy thuộc vào loại của tế bào nhiên liệu, có loại ở thể rắn, có loại ở thể lỏng và có cấu trúc màng. Vì một tế bào riêng lẻ chỉ tạo được một điện thế rất thấp cho nên tùy theo điện thế cần dùng nhiều tế bào riêng lẻ được nối kế tiếp vào nhau, tức là chồng lên nhau. Người ta thường gọi một lớp chồng lên nhau như vậy là stack.

Ngoài ra, hệ thống đầy đủ cần có các thiết bị phụ trợ như máy nén, máy bơm, để cung cấp các khí đầu vào, máy trao đổi nhiệt, hệ thống kiểm tra các yêu cầu, sự chắc chắn của sự vận hành máy, hệ thống dự trữ và điều chế nhiên liệu.

[sửa] Nguyên lý hoạt động

Về phương diện hóa học tế bào nhiên liệu là phản ứng ngược lại của sự điện phân. Trong quá trình điện phân nước bị tách ra thành khí hiđrô và khí ôxy nhờ vào năng lượng điện. Tế bào năng lượng lấy chính hai chất này biến đổi chúng thành nước. Qua đó, trên lý thuyết, chính phần năng lượng điện đã đưa vào sẽ được giải phóng nhưng thật ra vì những thất thoát qua các quá trình hóa học và vật lý năng lượng thu được ít hơn. Các loại tế bào nhiên liệu đều cùng chung một nguyên tắc được mô tả dựa vào tế bào nhiên liệu PEM (Proton Exchange Membrane - tế bào nhiên liệu màng trao đổi bằng proton) như sau:

Ở bề mặt cực dương khí hiđrô bị ôxy hóa bằng hóa điện:

Các điện tử được giải phóng đi từ cực dương qua mạch điện bên ngoài về cực âm. Các proton H+ di chuyển trong chất điện phân xuyên qua màng có khả năng chỉ cho proton đi qua về cực âm kết hợp với khí ôxy có sẵn trong không khí (nồng độ 21%) và các điện tử tạo thành nước:

Tổng cộng:

[sửa] Phân loại

Các hệ thống tế bào nhiên liệu được phân loại theo nhiều cách khác nhau tùy theo cách nhìn:

Phân loại theo nhiệt độ hoạt động

Phân theo loại các chất tham gia phản ứng

Phân loại theo điện cực

Phân theo loại các chất điện phân là cách phân loại thông dụng ngày nay

Liệt kê dưới đây là 6 loại tế bào nhiên liệu khác nhau:

AFC (Alkaline fuel cell - tế bào nhiên liệu kiềm)

PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell - trao đổi hạt nhân qua mạng lọc)

PAFC (Phosphoric acid fuel cell - tế bào nhiên liệu axit phosphoric)

MCFC (Molten carbonate fuel cell - tế bào nhiên liệu carbonat nóng chảy)

SOFC (Solid oxide fuel cell - tế bào nhiên liệu oxit rắn)

DMFC (Direct methanol fuel cell - tế bào nhiên liệu methanol trực tiếp)

Trong các loại trên thì PEMFC có nhiều triển vọng dùng trong các loại xe cộ. SOFC và APU cũng đều có khả năng trong ứng dụng trên ô tô. PEMFC, MCFD và SOFC cùng có trong tương lai trong ứng dụng trên các trạm phát điện. PAFC là công nghệ mới được nghiên cứu tuy nhiên vẫn còn nhiều vấn đề kĩ thuật. DMFC có thể tạo bước đột phá trong lĩnh vực thiết bị di dộng. AFC được có thể được ứng dụng trong ngành hàng không vũ trụ.

Nhiệt độ vận hành của những loại tế bào nhiên liệu khác nhau (nằm trong khoảng từ 60 tới 1000 độ C). Sự khác nhau còn nằm ở cấu trúc điện cực, sự tinh khiết của hydro ở anode (DMFC dùng methanol).

[sửa] Ứng dụng

Xe Toyota Fine N sử dụng pin nhiên liệu.Tế bào nhiên liệu được sử dụng đầu tiên trong những lĩnh vực mà phí tổn không đóng vai trò quan trọng. Tế bào nhiên liệu nhẹ và hiệu quả hơn ắc quy đồng thời đáng tin cậy và ít ồn ào hơn động cơ Diesel. Những điều này giải thích tại sao giới quân sự và ngành du hành vũ trụ quan tâm đến công nghệ này rất sớm. Một số tàu thuyền trên biển cũng dùng tế bào nhiên liệu.

Động cơ thúc đẩy cho các ứng dụng dân sự xuất phát từ nhận thức trữ lượng dầu mỏ trên Trái Đất là có hạn nhưng vẫn mong muốn tiếp tục kinh doanh xe thời kỳ sau dầu mỏ vốn đang mang về nhiều lợi nhuận.

Từ 20 năm nay nhiều hãng sản xuất xe (DaimlerChrysler, Ford, Honda, Opel) đã nghiên cứu về xe có nhiên liệu là hiđrô, sử dụng tế bào nhiên liệu để chuyển hóa năng lượng và dùng động cơ điện để vận hành. Kỷ thuật này đã được phát triển cho xe buýt, xe du lịch, xe tải nhẹ.Ở Hamburg (Đức) và Stuttgart (Đức) người ta đang thử nghiệm chạy xe buýt sử dụng nhiên liệu hydro trên các tuyến đường xe buýt bình thường. Từ năm 2003 hai hãng đóng tàu của Đức đã cung cấp loại tàu ngầm vận hành bằng điện được cung cấp từ máy phát điện Diesel hoặc từ một hệ thống tế bào nhiên liệu hiđrô.

Các tế bào nhiên liệu sử dụng khí đốt đang chuẩn bị đẩy lùi các thiết bị kết hợp phát điện và sưởi (combined heat and power plant). Ở hệ thống này khí đốt được biến đổi thành hiđrô đưa vào tế bào nhiên liệu.

Một số vật dụng cầm tay như điện thoại di động, máy vi tính xách tay, máy quay phim, vật liệu cắm trại hay quân sự cũng đang tiến tới ứng dụng loại nguồn cung cấp năng lượng này.

Xe bus dùng pin nhiên liệu

Xe máy Yamaha

Xe ôtô GM HydroGen

Tàu ngầm

Tàu Hydrogen Challenger

[sửa] Ưu điểm và nhược điểm

[sửa] Ưu điểm

Trong các ưu điểm của tế bào nhiên liệu so với các hệ thống chuyển đổi cạnh tranh khác phải kể đến độ hiệu quả cao không phụ thuộc vào độ lớn của hệ thống. Chúng cung cấp năng suất năng lượng điện tăng từ 40% đến 70% điện, ngoài ra có thể hơn 85% khi tận dụng cả điện và nhiệt.

Ngoài ra việc vận hành tế bào nhiên liệu không phát sinh tiếng ồn và sản phẩm của phản ứng chỉ là nước và dioxit cácbon (nếu sử dụng các nhiên liệu hóa thạch). Tế bào nhiên liệu giảm sự phụ thuộc vào dầu mỏ, giảm lượng dioxit cácbon, một trong các khí gây ra hiệu ứng nhà kính, các oxit của lưu huỳnh và nitơ là các khí gây ô nhiễm môi trường đang là vấn đề lớn cho xã hội.

Các tế bào nhiên liệu không cần động cơ quay hay các bộ phận cơ học chuyển động, do đó tăng tuổi thọ và độ tin cậy.

Nhiệt dộ vận hành khác nhau của tế bào nhiên liệu cho phép dùng cùng với turbine hay những áp dụng hơi nước nóng.

[sửa] Nhược điểm

Giá cả của pin nhiên liệu quá cao cho việc cạnh tranh như trong các bộ phận của pin như chất xúc tác (bạch kim), màng trao đổi, điện cực cực.

Pin nhiên liệu có thể tích cồng kềnh, nhất là khi người ta muốn nhập vào bên trong xe cộ.

Các pin nhiên liệu cần có tuổi thọ tối thiểu 40.000h trong các ứng dụng trong các công trình về trạm phát điện. Đây là một ngưỡng không dễ gì vượt qua với công nghệ hiện hành.

Chất đốt hydro khó bảo quản và vận chuyển.

[sửa] Vấn đề môi trường

Để thật sự thân thiện với môi trường và khí hậu, một mặt các tế bào nhiên liệu chỉ được phép thải ra các khí nhà kính và các chất có hại khác càng ít càng tốt, mặt khác quá trình khai thác chất đốt cũng không được phép thải ra các chất khí đó. Vấn đề chính là ở chổ này vì khí hiđrô không có trong tự nhiên mà phải dùng năng lượng để sản xuất ra.

Nước hoặc các hợp chất hydrocacbon như khí tự nhiên, dầu mỏ hoặc mêthanol được xem là nguồn để sản xuất khí hiđrô. Việc tách nước qua điện phân về nguyên tắc là phù hợp với môi trường sinh thái nếu như năng lượng cần dùng cũng được sản xuất từ các nguồn năng lượng tái sinh như nước, Mặt Trời hoặc gió chứ không phải từ các phương pháp sản xuất điện thông thường.

Trong nhiều loại tế bào năng lượng ngày nay thật ra không phải khí hiđrô tinh khiết được dùng làm khí đốt mà lại là một chất đốt hóa thạch như khí tự nhiên, xăng hay methanol. Các loại tế bào nhiên liệu này được sử dụng nhiều nhất là trong công nghiệp ô tô để tạo điều kiện thuận lợi hơn cho việc chuyển đổi từ các động cơ thông thường sang các loại động cơ thay thế khác. Trong các kiểu động cơ hỗn hợp này khí tự nhiên được chuyển hóa bằng nhiệt lượng thành oxit cacbon và hiđrô. Hiđrô được dùng trong tế bào nhiên liệu làm chất đốt và được tiêu thụ hoàn toàn nhưng khí oxit cacbon vẫn còn lại, phản ứng với nước tạo thành đioxit cacbon, một khí nhà kính tác hại đến khí hậu.

Theo một nghiên cứu của Hội vì môi trường và bảo vệ tự nhiên Đức (Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland - BUND) các ô tô dùng tế bào nhiên liệu tuy thải khí ra tại chổ rất ít hơn so với các động cơ thông dụng nhưng việc sản xuất ra hiđrô từ những nguồn năng lượng hóa thạch lại tạo ra các khí thải nên nếu tổng cộng lại, lượng các khí tạo ra hiệu ứng nhà kính được thải ra tăng lên rất nhiều. Việc thải khí chỉ di chuyển từ ô tô về nơi sản xuất ra hiđrô.

Thay vì hiđrô, nếu sử dụng các nguồn năng lượng hóa thạch khác như methanol thì tác động đến khí hậu vẫn như các động cơ Otto. Nhưng ít ra thì các hợp chất của lưu huỳnh và các chất độc hại đến sức khỏe thải ra từ ô tô tế bào nhiên liệu giảm đi rất nhiều.

Tóm lại bản nghiên cứu này cho rằng xe tế bào nhiên liệu thật sự là một lựa chọn cho tương lai nhưng chỉ khi hiđrô được sản xuất tái sinh ở khối lượng lớn đủ dùng và có thể tích trử được. Mặc dù vậy, theo quan điểm của các chuyên gia, xe tế bào nhiên liệu vận hành bằng các chất đốt hóa thạch vẫn có ý nghĩa: Chúng giúp công nghệ này được phổ biến, phát triển và chấp nhận tốt hơn và như thế về lâu dài dọn đường cho các xe thật sự không phát sinh ra khí thải.

Khí tự nhiên được xem là chất đốt thích hợp nhất cho các thiết bị sử dụng tế bào nhiên liệu trong các nhà máy phát điện và cho các thiết bị nhỏ hơn dùng cho nhà ở. Kết quả bản nghiên cứu so sánh của BUND cho thấy ở đây khí hiđrô sản xuất tái sinh vẫn là phương cách phù hợp với sinh thái nhất, nhưng mặc dù vậy các thiết bị tế bào nhiên liệu vận hành bằng khí tự nhiên thải ra lượng oxit nitơ ít đi gấp ba lần và thải ra các hợp chất của lưu huỳnh cũng ít đi nhiều.

Nếu sử dụng trong các nhà máy phát điện các chuyên gia dự tính việc phát thải các khí nhà kính có thể giảm đến khoảng 4% cho đến năm 2010. Thêm nữa, việc sản xuất điện và nhiệt để sưởi ấm được phân tản tiếp tục, các thiết bị nhỏ dùng cho nhà ở được thực hiện dễ dàng hơn và có hiệu quả nhiều hơn so với các công nghệ thông thường rất nhiều. Tổng kết lại các chuyên gia cũng khẳng định ở phần này là công nghệ tế bào nhiên liệu vẫn thân thiện với môi trường hơn các phương pháp sản xuất điện thông dụng rất nhiều.

DMFC

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Tế bào nhiên liệu mêtanol trực tiếp, viết tắt là DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) là một loại pin nhiên liệu có đặc điểm đặc trưng là hydro bị oxi hóa ở anode, được sinh ra trực tiếp từ mêtanol.

Mêtanol rất khó phản ứng với hydro giống như glycol, ammoniac hay hydrazin; và đây cũng là chất độc. Tuy nhiên việc vận hành trực tiếp từ mêtanol có ưu điểm do nó là một hydrocacbon tồn tại ở trạng thái lỏng ở nhiệt độ bình thường, và là sản phẩm của khí tự nhiên. Cũng có khả năng điều chế chất này từ dầu mỏ hay than đá.

Nhiệt độ sôi của mêtanol ở áp suất khí quyển là dưới 65°C, khiến cho nhiệt độ vận hành của máy chừng 60-70°C để tránh được áp suất khí quá lớn.

Mục lục [ẩn]

1 Đặc điểm

2 Màng

3 Ứng dụng

4 Xem thêm

[sửa] Đặc điểm

Chất đốt là một hỗn hợp của nước và mêtanol. Cơ chế phản ứng rất phức tạp, với sự xuất hiện của chất hấp thụ như là HCOH, HCOOH. Nếu phản ứng này có chất xúc tác Pt/Ru, phản ứng có thể xảy ra với giai đoạn có chứa các hợp chất như PtCOH, PtCO là những chất độc. Rutheni được cho thểm để cho hạn chế sự độc hại.

Các phản ứng điện hóa tạo ra một điện thế bên anode Ea = 0,016 V. Bên cực cathode, oxy đóng vai trò là chất ôxi hóa theo. Điện thế ở cực cathode là Ec = 1,23 V. Tổng cộng lại, điện thế tương ứng là 1,21 V trong điều kiện tiêu chuẩn (25°C và dưới 1 bar).

Theo lý thuyết, có thể đạt đến hiệu suất phát điện là 96%. Tuy nhiên,còn các giới hạn khiến hiệu suất bị giảm trên thực tế. Một phần, phản ứng oxi hóa luôn luôn không hoàn toàn, có thể tạo ra HCOOH và HCOH. Mặt khác, các thế điện cực thì rất khác với lý thuyết, do sự quá điện áp (0,3 V ở anode và 0,4 V ở cathode).

Những sản phẩm trung gian của những phản ứng (HCCOH) cũng là các chất dễ gây nhiễm độc.

Những chất xúc tác đủ mạnh để oxi hóa methanol và bền ở 60°C chủ yếu là những hợp kim mang tính bazơ của bạch kim (Pt-Sn, Pt-Re, Pt-Ru).

Sự bốc hơi của CO2 cần thiết cho sự thanh lọc khí trước khi loại trừ nó khí quyển.

Nhiệt độ vận hành của pin nhỏ nên nó khởi động nhanh.

[sửa] Màng

Màng ngăn của loại pin này là dạng axit, gồm một màng ngăn polymer và màng chất lỏng. Với loại màng alcacil, CO2 sản xuất ra do quá trình oxi hóa mêtanol khi phản ứng với những ion hydroxit. Người ta cũng dùng các loại màng như trên cho các dạng pin của PEMFC.

Một vấn để khác là khả năng thấm ngang qua màng về phía cathode và quá trình oxi hóa cùng với oxy trong CO2 và nước (không cung cấp cho dòng). Hiện tượng này đươc gọi là "cross over" làm mất mát nhiên liệu đốt cháy khoảng 10%.

Energy Visions Inc. (EVI), một nơi chế tạo pin DMFC, đã phát triển công nghệ để thu hồi mêtanol và tránh hiện tượng những hiện tượng những sản phẩm ô nhiễm môi trường. Công nghệ trên thực hiện nhờ vào những tấm màng lưu động: hệ thống này cho phép kiểm tra những nồng độ của những sản phẩm, đo pH, độ ẩm và nhiệt độ của pin. EVI đã làm thu nhỏ lại lượng xúc tác trong điện cực.

[sửa] Ứng dụng

Loại pin nhiên liệu DMFC có kích thước cực nhỏ có thể được dùng để cung điện cho các máy điện thoại di động, máy vi tính xách tay. Pin này có thể thay thế cho cá loại pin thông thường dùng trong các nhiều máy móc điện tử. Manhattan Scientific Inc. cho rằng DMFC trong lĩnh vực xách tay có chứa nhiều năng lượng trong một đơn vị khối lượng (Wh/kg) gấp 5 lần so với pin Li-Ion.

Energy Visions Inc. (EVI) cũng đã sản xuất DMFC với công suất 300W có thể cung cấp cho các phương tiện về quân sự. Mục đích của EVI là thử nghiệm và đưa ra thị trường những phương tiện nhỏ (xe đánh golf, mô tô, xe đạp điện).

Trên lĩnh vực về các trạm phát điện, DMFC có thể có một vài ứng dụng nhưng giới hạn.

PEMFC

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Tế bào nhiên liệu màng điện phân polymer hoặc pin nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc (tiếng Anh: polymer electrolyte membrane fuel cell hoặc proton exchange membrane fuel cell, viết tắt là PEMFC) là loại tế bào nhiên liệu ít phức tạp, có nhiều triển vọng để được sản xuất hằng loạt. Nó sử dụng một phản ứng hóa học thường có trong nhiều loại pin nhiên liệu, phản ứng kết hợp oxy và hydro ra nước và năng lượng.

Mục lục [ẩn]

1 Bộ phận chính

2 Hoạt động

3 Đặc tính

4 Ứng dụng

5 Xem thêm

[sửa] Bộ phận chính

Pin nhiên liệu trao đổi proton qua màng lọc.Cực dương, có vài công việc chính: dẫn những điện tử tách ra từ phân tử hydro để được sử dụng cho mạch điện bên ngoài. Nó có những đường gạch rất nhỏ, rất đều đặn để khí hydro được phân bố đều trên mặt bằng khi gặp chất xúc tác.

Cực âm, trên mặt cũng có những đường gạch như cực dương, có bổn phận dẫn khí oxy tới mặt của chất xúc tác. Đồng thời nó cũng dẫn những điện tử sau khi phản ứng từ mạch điện ngoài, nhập lại với ion hydro và oxy tạo ra nước tinh khiết.

MEA, Membrane Electrode Assembly, hay tạm dịch là hệ màng - điện cực: là một bộ phận rất quan trọng cho quá trình phản ứng hóa học trong pin nhiên liệu, làm từ polymer đã được sulfon hóa, nhìn giống như miếng chất dẻo gói thức ăn trong bếp. Màng chất dẻo mỏng ngăn được khí nhưng lại dẫn proton. Màng được gắn các nhóm chức axit cho phép các proton ở cực dương đi qua, và ngăn chặn điện tử đi ngang qua nó.

Chất xúc tác: một chất hóa học đặc biệt làm cho phản ứng của oxy và hydro xảy ra dễ dàng hơn. Đặc biệt, nó làm thay đổi trạng thái hóa học của hydro và oxy nhưng không bao giờ tự thay đổi. Chất này có giá thành cao, làm bằng bột bạch kim, phủ rất mỏng lên giấy than, hoặc vãi than, rất nhám và rỗ với những lỗ rất nhỏ. Mặt nhám tiếp xúc với khí hydro và oxy, mặt phẳng mềm tiếp xúc với mạng tác nhân hóa học.

[sửa] Hoạt động

Hydro phân tử (H2) được đẩy vào cực dương, xuyên qua chất xúc tác bởi sức ép, H2 phân ra thành hai ion H+ và hai điện tử. Điện tử được dẫn qua cực dương, xuyên qua mạch điện ngoài tạo ra dòng diện và trở lại cực âm của pin nhiên liệu.

Cùng một lúc, oxy phân tử (O2) vào cực âm bằng sức ép xuyên qua chất xúc tác tạo ra hai nguyên tử oxy. Mỗi một nguyên tử có sức mạnh thu hút hai ion H+ xuyên qua mạng tác nhân, kết hợp nhau thành một phân tử nước (H2O).

Trong quá trình tái tạo phân tử nước sinh ra nhiệt và dòng điện khoảng 0,7V. Để đưa dòng điện đến mức hữu dụng, nhiều pin nhiên liệu được kết hợp với nhau thành một chùm pin nhiêu liệu.

[sửa] Đặc tính

Vì loại màng này chỉ hoạt động khi có chứa một lượng nước nhất định, các tế bào chỉ hoạt động ở nhiệt độ dưới 100°C (khoảng 176°F, hay 80°C). Đây là nhiệt độ rất thấp so với những loại pin nhiên liệu khác, cho nên nó hâm nóng rất nhanh chóng và không đòi hỏi nhiều cấu trúc phức tạp và tốn kém. Tuy nhiên, vì ở nhiệt độ thấp, người ta phải cần dùng đến các chất xúc tác để đưa phản ứng vào hoạt động. Ở môi trường có độ chua và tính ăn mòn cao nên các chất xúc tác phải được làm bằng các kim loại quý như platin hoặc hợp kim của platin.

Mặc dù dễ bị oxit cacbon làm hỏng nhưng bù lại loại tế bào nhiên liệu này có thể được vận hành với ôxy trong không khí.

[sửa] Ứng dụng

Điện thoại di động, một số ô tô hay nhà máy phát điện cỡ nhỏ, là các lĩnh vực ứng dụng tiềm năng của loại tế bào nhiên liệu này. Ưu điểm của loại tế bào này là có cấu tạo đơn giản, khởi động nhanh không cần phải làm nóng trước lâu. Mặc dù giá thành tương đối cao vì các chất xúc tác phải làm bằng kim loại quý, PEMFC được dự đoán có tiềm năng thị trường rất lớn. Loại tế bào nhiên liệu này là loại được sử dụng nhiều nhất trong các xe thực nghiệm như ô tô, xe buýt, tàu điện.

NASA đã sử dụng loại tế bào nhiên liệu này trong chương trình du hành vũ trụ Gemini.

Năm 1999 DaimlerChrysler hợp tác cùng với Ford và Ballard Power Systems giới thiệu xe NECAR 4 (New Electric Car 4) dùng PEMFC được cung cấp chất đốt từ một bình hydrogen lỏng có tầm hoạt động 450km và vận tốc nhanh nhất là 140 km/h.

Năm 2001 Opel và General Motor giới thiệu loại xe HydroGen3 với bình hydrogen lỏng dung tích 68 lít, có tầm hoạt động 400 km/h và vận tốc nhanh nhất là 150km/h.

Các loại xe buýt của DaimlerChrysler và của MAN sử dụng PEMFC cũng đang được chạy thực nghiệm ở nhiều thành phố trên thế giới. Nhiều thiết bị kết hợp phát điện và sưởi từ PEMFC của hãng Ballard Power Systems cũng đang được thử nghiệm tại Berlin (Đức).

Tế bào nhiên liệu kiềm

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Biểu đồ giải thích một tế bào nhiên liệu kiềm.Tế bào nhiên liệu kiềm (tiếng Anh: alkaline fuel cell) là loại tế bào nhiên liệu lâu đời nhất nếu không kể đến mô hình thực nghiệm của Grove. Tế bào nhiên liệu kiềm đã và vẫn đang được sử dụng trong ngành du hành vũ trụ và tàu ngầm. Đây là loại tế bào nhiên liệu duy nhất cần ôxy và hiđrô thật tinh khiết để chuyển hóa năng lượng vì chỉ cần một lượng nhỏ các chất bẩn là đã có thể làm hỏng các tế bào. Kiềm kali được sử dụng làm chất điện phân. Tế bào nhiên liệu kiềm ít có khả năng được sử dụng thông thường vì các yêu cầu về độ tinh khiết của khí làm tăng giá thành của hệ thống lên rất cao. Tuổi thọ của tế bào nhiên liệu kiềm cũng bị hạn chế bởi việc thất thoát điện thế từ 15 mV đến 50 mV sau mỗi 1.000 giờ sử dụng. Tế bào nhiên liệu kiềm đã được sử dụng trong các chương trình Apollo, trong Skylab và các tàu con thoi.

Bảng giá trị thế điện cực chuẩn

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Bài chi tiết: Thế điện cực chuẩn

Các giá trị trong bảng thế điện cực chuẩn bên dưới được tính theo đơn vị volt so với giá trị của điện cực chuẩn hidro. Các nguồn tham khảo bao gồm chú thích: [1] [2] [3] [4] [5] [6] Các giá trị đo trong điều kiện:

Nhiệt độ chuẩn là 298,15 K (25°C);

Nồng độ chuẩn là 1 mol/L áp dụng cho tất cả các dung dịch lỏng hoặc là hỗn hống với thủy ngân.

Áp suất riêng phần là 101,325 kPa (tuyệt đối) (1 atm & 1,01325 bar) với các chất khí. Áp suất này được sử dụng vì tính phổ biến của nó trong nhiều tài liệu từ xưa đến nay hơn là áp suất chuẩn 100 kPa.

Thống nhất độ hoạt động với các chất rắn, lỏng tinh khiết hoặc dung môi nước tinh khiết.

Bảng được trình bày theo thứ tự A-Z khi bạn nhấp vào biểu tượng trên thanh ngang. Để sắp xếp theo cách khác thì hãy nhấn các biểu tượng kế bên. Cách sắp xếp tự động này không được hỗ trợ trên trình duyệt web Safari (tính đến phiên bản 3.1.2); tải lại trang nàyđể phục hồi nguyên bản.

Kí hiệu: (r) - rắn; (l) - lỏng; (k) - khí; (dd) - dung dịch (mặc định hiểu cho tất cả các pin); (Hg) - hỗn hống.

Mục lục [ẩn]

1 Giá trị

2 In oxidative phosphorylation

3 Chú thích

4 Xem thêm

[sửa] Giá trị

Bán phản ứng E° (V) CTh,

& -9

Zz 9

N  N2(k) + H+ + e− HN3(dd) -3,09 −3,09 [3]

Li+ + e− Li(r) -3,0401 −3,0401 [2]

N2(k) + 4 H2O + 2 e− 2 NH2OH(dd) + 2 OH− -3,04 −3,04 [3]

Cs+ + e− Cs(r) -3,026 −3,026 [2]

Rb+ + e− Rb(r) -2,98 −2,98 [2]

K+ + e− K(r) -2,931 −2,931 [2]

Ba2+ + 2 e− Ba(r) -2,912 −2,912 [2]

La(OH)3(r) + 3 e− La(r) + 3OH− -2,90 −2,90 [2]

Sr2+ + 2 e− Sr(r) -2,899 −2,899 [2]

Ca2+ + 2 e− Ca(r) -2,868 −2,868 [2]

Eu2+ + 2 e− Eu(r) -2,812 −2,812 [2]

Ra2+ + 2 e− Ra(r) -2,8 −2,8 [2]

Na+ + e− Na(r) -2,71 −2,71 [2][6]

La3+ + 3 e− La(r) -2,379 −2,379 [2]

Y3+ + 3 e− Y(r) -2,372 −2,372 [2]

Mg2+ + 2 e− Mg(r) -2,372 −2,372 [2]

ZrO(OH)2(r) + H2O + 4 e− Zr(r) + 4OH− -2,36 −2,36 [2]

Al(OH)4− + 3 e− Al(r) + 4 OH− -2,33 −2,33

Al(OH)3(r) + 3 e− Al(r) + 3OH− -2,31 −2,31

H2(k) + 2 e− 2 H− -2,25 −2,25

Ac3+ + 3 e− Ac(r) -2,20 −2,20

Be2+ + 2 e− Be(r) -1,85 −1,85

U3+ + 3 e− U(r) -1,66 −1,66 [4]

Al3+ + 3 e− Al(r) -1,66 −1,66 [6]

Ti2+ + 2 e− Ti(r) -1,63 −1,63 [6]

ZrO2(r) + 4 H+ + 4 e− Zr(r) + 2 H2O -1,553 −1,553 [2]

Zr4+ + 4 e− Zr(r) -1,45 −1,45 [2]

TiO(r) + 2 H+ + 2 e− Ti(r) + H2O -1,31 −1,31

Ti2O3(r) + 2 H+ + 2 e− 2 TiO(r) + H2O -1,23 −1,23

Ti3+ + 3 e− Ti(r) -1,21 −1,21

Mn2+ + 2 e− Mn(r) -1,185 −1,185 [2]

Te(r) + 2 e− Te2− -1,143 −1,143 [1]

V2+ + 2 e− V(r) -1,13 −1,13 [1]

Nb3+ + 3 e− Nb(r) -1,099 −1,099

Sn(r) + 4 H+ + 4 e− SnH4(k) -1,07 −1,07

SiO2(r) + 4 H+ + 4 e− Si(r) + 2 H2O -0,91 −0,91

B(OH)3(dd) + 3 H+ + 3 e− B(r) + 3 H2O -0,89 −0,89

TiO2+ + 2 H+ + 4 e− Ti(r) + H2O -0,86 −0,86

Bi(r) + 3 H+ + 3 e− BiH3 -0,8 −0,8

H2 H2O + 2 e− H2(k) + 2 OH− -0,8277 −0,8277 [2]

Zn2+ + 2 e− Zn(Hg) -0,7628 −0,7628 [2]

Zn2+ + 2 e− Zn(r) -0,7618 −0,7618 [2]

Ta2O5(r) + 10 H+ + 10 e− 2 Ta(r) + 5 H2O -0,75 −0,75

Cr3+ + 3 e− Cr(r) -0,74 −0,74

Au[Au(CN)2]− + e− Au(r) + 2 CN− -0,60 −0,60

Ta3+ + 3 e− Ta(r) -0,6 −0,6

PbO(r) + H2O + 2 e− Pb(r) + 2 OH− -0,58 −0,58

Ti2 TiO2(r) + 2 H+ + 2 e− Ti2O3(r) + H2O -0,56 −0,56

Ga3+ + 3 e− Ga(r) -0,53 −0,53

U4+ + e− U3+ -0,52 −0,52 [4]

P H3PO2(dd) + H+ + e− P(white[note 1]) + 2 H2O -0,508 −0,508 [2]

P H3PO3(dd) + 2 H+ + 2 e− H3PO2(dd) + H2O -0,499 −0,499 [2]

P H3PO3(dd) + 3 H+ + 3 e− P(red)[note 1] + 3H2O -0,454 −0,454 [2]

Fe2+ + 2 e− Fe(r) -0,44 −0,44 [6]

C2 CO2(k) + 2 H+ + 2 e− HOOCCOOH(dd) -0,43 −0,43

Cr3+ + e− Cr2+ -0,42 −0,42

Cd2+ + 2 e− Cd(r) -0,40 −0,40 [6]

GeO2(r) + 2 H+ + 2 e− GeO(r) + H2O -0,37 −0,37

Cu2O(r) + H2O + 2 e− 2 Cu(r) + 2 OH− -0,360 −0,360 [2]

PbSO4(r) + 2 e− Pb(r) + SO42− -0,3588 −0,3588 [2]

PbSO4(r) + 2 e− Pb(Hg) + SO42− -0,3505 −0,3505 [2]

Eu3+ + e− Eu2+ -0,35 −0,35 [4]

In3+ + 3 e− In(r) -0,34 −0,34 [1]

Tl+ + e− Tl(r) -0,34 −0,34 [1]

Ge(r) + 4 H+ + 4 e− GeH4(k) -0,29 −0,29

Co2+ + 2 e− Co(r) -0,28 −0,28 [2]

P H3PO4(dd) + 2 H+ + 2 e− H3PO3(dd) + H2O -0,276 −0,276 [2]

V3+ + e− V2+ -0,26 −0,26 [6]

Ni2+ + 2 e− Ni(r) -0,25 −0,25

As(r) + 3 H+ + 3 e− AsH3(k) -0,23 −0,23 [1]

MoO2(r) + 4 H+ + 4 e− Mo(r) + 2 H2O -0,15 −0,15

Si(r) + 4 H+ + 4 e− SiH4(k) -0,14 −0,14

Sn2+ + 2 e− Sn(r) -0,13 −0,13

O2(k) + H+ + e− HO2•(dd) -0,13 −0,13

Pb2+ + 2 e− Pb(r) -0,13 −0,13 [6]

WO2(r) + 4 H+ + 4 e− W(r) + 2 H2O -0,12 −0,12

P(red) + 3 H+ + 3 e− PH3(k) -0,111 −0,111 [2]

C CO2(k) + 2 H+ + 2 e− HCOOH(dd) -0,11 −0,11

Se(r) + 2 H+ + 2 e− H2Se(k) -0,11 −0,11

C CO2(k) + 2 H+ + 2 e− CO(k) + H2O -0,11 −0,11

SnO(r) + 2 H+ + 2 e− Sn(r) + H2O -0,10 −0,10

SnO2(r) + 2 H+ + 2 e− SnO(r) + H2O -0,09 −0,09

WO3(dd) + 6 H+ + 6 e− W(r) + 3 H2O -0,09 −0,09 [1]

P(white) + 3 H+ + 3 e− PH3(k) -0,063 −0,063 [2]

C HCOOH(dd) + 2 H+ + 2 e− HCHO(dd) + H2O -0,03 −0,03

H 2 H+ + 2 e− H2(k) 0,0000 ≡ 0

S4O62− + 2 e− 2 S2O32− +0,08

Fe3O4(r) + 8 H+ + 8 e− 3 Fe(r) + 4 H2O +0,085 [5]

N2(k) + 2 H2O + 6H+ + 6 e− 2 NH4OH(dd) +0,092

HgO(r) + H2O + 2 e− Hg(l) + 2 OH− +0,0977

Cu(NH3)42+ + e− Cu(NH3)2+ + 2 NH3 +0,10 [1]

Ru(NH3)63+ + e− Ru(NH3)62+ +0,10 [4]

N2H4(dd) + 4 H2O + 2 e− 2 NH4+ + 4 OH− +0,11 [3]

Mo H2MoO4(dd) + 6 H+ + 6 e− Mo(r) + 4 H2O +0,11

Ge4+ + 4 e− Ge(r) +0,12

C(r) + 4 H+ + 4 e− CH4(k) +0,13 [1]

C HCHO(dd) + 2 H+ + 2 e− CH3OH(dd) +0,13

S(r) + 2 H+ + 2 e− H2S(k) +0,14

Sn4+ + 2 e− Sn2+ +0,15

Cu2+ + e− Cu+ +0,159 [1]

S HSO4− + 3 H+ + 2 e− SO2(dd) + 2 H2O +0,16

UO22+ + e− UO2+ +0,163 [4]

S SO42− + 4 H+ + 2 e− SO2(dd) + 2 H2O +0,17

TiO2+ + 2 H+ + e− Ti3+ + H2O +0,19

Bi3+ + 2e− Bi+ +0,2

SbO+ + 2 H+ + 3 e− Sb(r) + H2O +0,20

As H3AsO3(dd) + 3 H+ + 3 e− As(r) + 3 H2O +0,24

GeO(r) + 2 H+ + 2 e− Ge(r) + H2O +0,26

UO2+ + 4 H+ + e− U4+ + 2 H2O +0,273 [4]

Re3+ + 3 e− Re(r) +0,300

Bi3+ + 3 e− Bi(r) +0,32

VO2+ + 2 H+ + e− V3+ + H2O +0,34

Cu2+ + 2 e− Cu(r) +0,340 [1]

Fe [Fe(CN)6]3− + e− [Fe(CN)6]4− +0,36

O2(k) + 2 H2O + 4 e− 4 OH−(dd) +0,40 [6]

Mo H2MoO4 + 6 H+ + 3 e− Mo3+ + 2 H2O +0,43

Bi+ + e− Bi(r) +0,50

C CH3OH(dd) + 2 H+ + 2 e− CH4(k) + H2O +0,50

S SO2(dd) + 4 H+ + 4 e− S(r) + 2 H2O +0,50

Cu+ + e− Cu(r) +0,520 [1]

C CO(k) + 2 H+ + 2 e− C(r) + H2O +0,52

I2(r) + 2 e− 2 I− +0,54 [6]

I3− + 2 e− 3 I− +0,53 [6]

Au [AuI4]− + 3 e− Au(r) + 4 I− +0,56

As H3AsO4(dd) + 2 H+ + 2 e− H3AsO3(dd) + H2O +0,56

Au [AuI2]− + e− Au(r) + 2 I− +0,58

MnO4− + 2 H2O + 3 e− MnO2(r) + 4 OH− +0,59

S2O32 − + 6 H+ + 4 e− 2 S(r) + 3 H2O +0,60

Mo H2MoO4(dd) + 2 H+ + 2 e− MoO2(r) + 2 H2O +0,65

O2(k) + 2 H+ + 2 e− H2O2(dd) +0,70

Tl3+ + 3 e− Tl(r) +0,72

PtCl62− + 2 e− PtCl42− + 2 Cl− +0,726 [4]

Se H2SeO3(dd) + 4 H+ + 4 e− Se(r) + 3 H2O +0,74

PtCl42− + 2 e− Pt(r) + 4 Cl− +0,758 [4]

Fe3+ + e− Fe2+ +0,77

Ag+ + e− Ag(r) +0,7996 [2]

Hg22+ + 2 e− 2 Hg(l) +0,80

N NO3−(dd) + 2 H+ + e− NO2(k) + H2O +0,80

Au [AuBr4]− + 3 e− Au(r) + 4 Br− +0,85

Hg2+ + 2 e− Hg(l) +0,85

MnO4− + H+ + e− HMnO4− +0,90

Hg 2 Hg2+ + 2 e− Hg22+ +0,91 [1]

Pd2+ + 2 e− Pd(r) +0,915 [4]

Au [AuCl4]− + 3 e− Au(r) + 4 Cl− +0,93

MnO2(r) + 4 H+ + e− Mn3+ + 2 H2O +0,95

Au [AuBr2]− + e− Au(r) + 2 Br− +0,96

Br2(l) + 2 e− 2 Br− +1,066 [2]

Br2(dd) + 2 e− 2 Br− +1,0873 [2]

I IO3− + 5 H+ + 4 e− HIO(dd) + 2 H2O +1,13

Au [AuCl2]− + e− Au(r) + 2 Cl− +1,15

Se HSeO4− + 3 H+ + 2 e− H2SeO3(dd) + H2O +1,15

Ag2O(r) + 2 H+ + 2 e− 2 Ag(r) + H2O +1,17

ClO3− + 2 H+ + e− ClO2(k) + H2O +1,18

Pt2+ + 2 e− Pt(r) +1,188 [4]

ClO2(k) + H+ + e− HClO2(dd) +1,19

I 2 IO3− + 12 H+ + 10 e− I2(r) + 6 H2O +1,20

ClO4− + 2 H+ + 2 e− ClO3− + H2O +1,20

O2(k) + 4 H+ + 4 e− 2 H2O +1,23 [6]

MnO2(r) + 4 H+ + 2 e− Mn2+ + 2H2O +1,23

Tl3+ + 2 e− Tl+ +1,25

Cl2(k) + 2 e− 2 Cl− +1,36 [6]

Cr2O7− − + 14 H+ + 6 e− 2 Cr3+ + 7 H2O +1,33

CoO2(r) + 4 H+ + e− Co3+ + 2 H2O +1,42

N 2 NH3OH+ + H+ + 2 e− N2H5+ + 2 H2O +1,42 [3]

I 2 HIO(dd) + 2 H+ + 2 e− I2(r) + 2 H2O +1,44

Ce4+ + e− Ce3+ +1,44

BrO3− + 5 H+ + 4 e− HBrO(dd) + 2 H2O +1,45

PbO β-PbO2(r) + 4 H+ + 2 e− Pb2+ + 2 H2O +1,460 [1]

PbO α-PbO2(r) + 4 H+ + 2 e− Pb2+ + 2 H2O +1,468 [1]

Br 2 BrO3− + 12 H+ + 10 e− Br2(l) + 6 H2O +1,48

Cl 2ClO3− + 12 H+ + 10 e− Cl2(k) + 6 H2O +1,49

MnO4− + 8 H+ + 5 e− Mn2+ + 4 H2O +1,51

O HO2• + H+ + e− H2O2(dd) +1,51

Au3+ + 3 e− Au(r) +1,52

NiO2(r) + 4 H+ + 2 e− Ni2+ + 2 OH− +1,59

Cl 2 HClO(dd) + 2 H+ + 2 e− Cl2(k) + 2 H2O +1,63

Ag2O3(r) + 6 H+ + 4 e− 2 Ag+ + 3 H2O +1,67

Cl HClO2(dd) + 2 H+ + 2 e− HClO(dd) + H2O +1,67

Pb4+ + 2 e− Pb2+ +1,69 [1]

MnO4− + 4 H+ + 3 e− MnO2(r) + 2 H2O +1,70

O H2O2(dd) + 2 H+ + 2 e− 2 H2O +1,78

AgO(r) + 2 H+ + e− Ag+ + H2O +1,77

Co3+ + e− Co2+ +1,82

Au+ + e− Au(r) +1,83 [1]

BrO4− + 2 H+ + 2 e− BrO3− + H2O +1,85

Ag2+ + e− Ag+ +1,98 [1]

S2O82− + 2 e− 2 SO42− +2,010 [2]

O3(k) + 2 H+ + 2 e− O2(k) + H2O +2,075 [4]

Mn HMnO4− + 3 H+ + 2 e− MnO2(r) + 2 H2O +2,09

F2(k) + 2 e− 2 F− +2,87 [1][6]

F2(k) + 2 H+ + 2 e− 2 HF(dd) +3,05 [1]

Điện tử

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Bài này viết về một hạt hạ nguyên tử. Để xem bài viết về môn học, công nghệ, ngành công nghiệp hay linh kiện điện tử, xem Điện tử (định hướng).Électron

Mật độ điện tích (electron) của các orbital điện tích đầu tiên của nguyên tử Hydro

Cấu trúc Hạt cơ bản

Loại hạt Fermion

Nhóm Lepton

Lớp Đầu tiên

Tương tác Hấp dẫn, Điện từ, yếu

Phản hạt Positron

Lý thuyết G. Johnstone Stoney (1874)

Thực nghiệm J.J. Thomson (1897)

Ký hiệu e−, β−

Khối lượng 9,109 382 15(45) × 10-31 kg

5,485 799 09(27) × 10-4 u

1⁄1822.888 4843(11) u

0.510 998 918(44) MeV/c2

Điện tích -1,602 176 487(40) × 10-19 C

Spin ½

Mômen từ −1.001 159 652 181 11(74) μB

Hộp này: xem • thảo luận • sửa

Điện tử (còn gọi là êlectron, được biểu diễn như là e−) là một hạt hạ nguyên tử, hay hạt sơ cấp. Trong nguyên tử êlectron quay xung quanh hạt nhân (bao gồm các proton và neutron) trên quỹ đạo êlectron. Từ êlectron bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp ηλεκτρον (phát âm là "êlectron") có nghĩa là "hổ phách" do người Hi lạp cổ đại lần đầu tiên quan sát thấy khả năng hút các vật nhỏ (do lực hút tĩnh điện) của một miếng hổ phách sau khi được chà xát với lông thú.

Các êlectron có điện tích và khi chúng chuyển động sẽ sinh ra dòng điện. Vì các êlectron trong nguyên tử xác định phương thức mà nó tương tác với các nguyên tử khác nên chúng đóng vai trò quan trọng trong hóa học.

Mục lục [ẩn]

1 Êlectron trong thực tế

1.1 Phân loại êlectron

1.2 Các thuộc tính và tính chất của êlectron

1.3 Êlectron trong vũ trụ

1.4 Êlectron trong cuộc sống

1.5 Êlectron trong công nghiệp

2 Êlectron trong phòng thí nghiệm

2.1 Các thí nghiệm phát kiến

2.2 Đo lường

2.3 Sử dụng êlectron trong phòng thí nghiệm

3 Êlectron trong lý thuyết

4 Lịch sử

5 Xem thêm

6 Tham khảo

7 Liên kết ngoài

[sửa] Êlectron trong thực tế

[sửa] Phân loại êlectron

Êlectron thuộc về một lớp các hạt dưới nguyên tử gọi là lepton, người ta tin rằng chúng là những hạt cơ bản (có nghĩa là chúng không thể bị phân chia thành những phần nhỏ hơn).

Từ "hạt" có thể gây nhầm lẫn, vì cơ học lượng tử đã chỉ ra rằng êlectron có những tính chất như là sóng, ví dụ như trong thí nghiệm giao thoa; nó được gọi là lưỡng tính sóng-hạt.

[sửa] Các thuộc tính và tính chất của êlectron

Êlectron có điện tích âm −1.602 × 10−19 coulomb, và khối lượng khoảng 9.1094 × 10−31 kg (0.51 MeV/c²), xấp xỉ 1/1836 khối lượng của proton.

các thuyết quỹ đạo nêu lên chuyển động của êlectron xung quanh hạt nhân là một chủ đề gây tranh cãi. Êlectron không chuyển động trên một quỹ đạo cố định mà có lẽ nó xuất hiện tại một số điểm trong khu vực xung quanh quỹ đạo hạt nhân (với xác suất khoảng 90% thời gian là trên quỹ đạo tính toán).

Êlectron có spin ½, nghĩa là nó thuộc về lớp hạt fermion, hay tuân theo thống kê Fermi-Dirac.

Trong khi phần lớn các êlectron tìm thấy trong nguyên tử thì một số khác lại chuyển động độc lập trong vật chất hay cùng với nhau như những chùm điện tử trong chân không. Trong một số chất siêu dẫn, các êlectron chuyển động theo từng cặp.

Khi các êlectron chuyển động tự do theo một hướng xác định thì tạo thành dòng điện.

Tĩnh điện không phải là dòng chuyển động của các êlectron. Nó chỉ tới những vật có nhiều hoặc ít êlectron hơn số lượng cần thiết để cân bằng với điện tích dương của hạt nhân. Khi có nhiều êlectron hơn proton, vật được gọi là có "tích điện âm", ngược lại khi có ít êlectron hơn proton, vật được gọi là có "tích điện dương". Khi số êlectron bằng số prôton, vật được gọi là "trung hòa" về điện.

Các êlectron và positron có thể tiêu hủy lẫn nhau để sản xuất ra photon. Ngược lại, một photon cao năng lượng có thể chuyển hóa thành êlectron và positron bởi một quy trình gọi là sản xuất cặp.

Êlectron là một hạt cơ bản - có nghĩa là nó không có cấu trúc hạ tầng (ít nhất, các thí nghiệm đã không tìm thấy và đây là lý do tốt để tin rằng nó không có). Vì vậy, nó được miêu tả như là một điểm, có nghĩa trong nó không có khoảng không. (Tuy nhiên, nếu chúng ta tiến đến thật gần một êlectron, chúng ta có thể nhận thấy các thuộc tính của nó (như điện tích và khối lượng) dường như đã biến đổi. Hiệu ứng này là chung cho tất cả các hạt cơ bản: vì các hạt này tác động tới những dao động trong chân không trong những vùng phụ cận chúng, vì vậy các thuộc tính được nhận thấy từ xa là tổng của các thuộc tính thực sự và các ảnh hưởng của chân không - Xem thêm tiêu chuẩn hóa.)

Trong vật lý có một hằng số gọi là bán kính êlectron cổ điển, với giá trị là 2.8179 × 10−15 m. Lưu ý rằng đây là bán kính được suy ra từ điện tích của nó nếu như các nhà vật lý chỉ sử dụng các lý thuyết điện từ học cổ điển của động lực điện mà không có cơ học lượng tử (vì thế, nó là một khái niệm đã lỗi thời, tuy nhiên thỉnh thoảng người ta vẫn sử dụng trong tính toán).

Vận tốc của êlectron trong chân không xấp xỉ nhưng không bao giờ bằng c, hay vận tốc ánh sáng trong chân không. điều này là do hiệu ứng của thuyết tương đối. Hiệu ứng của thuyết tương đối dựa trên một đại lượng được biết đến như là gamma hay hệ số Lorentz. Gamma là một hàm của v - vận tốc của hạt, và c. Dưới đây là công thức của gamma:

Năng lượng cần thiết để gia tốc một hạt thì bằng gamma trừ đi 1 lần khối lượng tĩnh. Ví dụ, máy gia tốc tại Đại học Stanford có thể gia tốc êlectron tới khoảng 51 GeV. Máy gia tốc này cung cấp gamma bằng 100.000 lần khối lượng tĩnh của êlectron là 0.51 MeV/c² (khối lượng tương đối của êlectron nhanh này là 100.000 lần khối lượng tĩnh của nó). Giải phương trình trên ta có vận tốc của êlectron nhanh nói trên là = 0.99999999995 c. (Công thức này áp dụng khi γ lớn.)

[sửa] Êlectron trong vũ trụ

Người ta cho rằng số lượng êlectron để có thể bao trùm vũ trụ là 10130 (1 với 130 số 0 theo sau.)

Người ta cho rằng số lượng êlectron hiện có trong vũ trụ là khoảng 1079 (1 với 79 số 0 theo sau.)

[sửa] Êlectron trong cuộc sống

Dòng điện cung cấp cho các thiết bị điện trong nhà và tại công nghiệp là dòng chuyển động có hướng của các êlectron. Ống tia âm cực của ti vi sử dụng chùm điện tử trong chân không để tạo ra hình ảnh trên màn hình lân quang. Tính chất lượng tử của êlectron được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn như transistor.

[sửa] Êlectron trong công nghiệp

Chùm êlectron được sử dụng trong hàn điện cũng như trong kỹ thuật in đá.

[sửa] Êlectron trong phòng thí nghiệm

[sửa] Các thí nghiệm phát kiến

Bản chất lượng tử hay rời rạc của điện tích của êlectron được quan sát bởi Robert Millikan trong thí nghiệm dầu nhỏ giọt năm 1909.

[sửa] Đo lường

Spin của êlectron được phát hiện trong thí nghiệm Stern-Gerlach.

Điện tích có thể đo trực tiếp bằng các électromètre.

Dòng điện có thể đo trực tiếp bằng các galvanomètre.

[sửa] Sử dụng êlectron trong phòng thí nghiệm

Kính hiển vi điện tử được sử dụng để phóng to các chi tiết tới 500.000 lần. Hiệu ứng lượng tử của êlectron được sử dụng trong Kính hiển vi quét chui hầm (Microscope à effet tunnel) để nghiên cứu các vật liệu ở thang đo kích thước nguyên tử (2x10-10 m).

[sửa] Êlectron trong lý thuyết

Trong cơ học lượng tử, êlectron được mô tả trong phương trình Dirac. Trong mô hình chuẩn của vật lý hạt, nó tạo thành một cặp trong SU(2) với neutrino, vì chúng tương tác với nhau bằng lực tương tác yếu. Êlectron có hai "người bạn" to lớn, với cùng điện tích nhưng khác nhau về khối lượng là: muon và tauon.

Trong thế giới phản vật chất, phản hạt của êlectron là positron. Positron có cùng có cùng các giá trị thuộc tính (khối lượng, spin, giá trị tuyệt đối của điện tích) như êlectron, ngoại trừ nó mang điện tích dương. Khi êlectron gặp positron, chúng có thể tiêu diệt lẫn nhau, tạo thành hai photon trong tia gamma, mỗi tia có năng lượng 0.511 MeV (511 keV). Xem thêm Sự hủy diệt electron-positron.

Êlectron còn là yếu tố cơ bản trong điện từ trường, là lý thuyết gần đúng cho các hệ thống vĩ mô.

[sửa] Lịch sử

Êlectron được đề nghị bởi George Johnstone Stoney như là đơn vị điện tích trong điện hóa học, nhưng cũng nhận ra rằng nó còn là hạt hạ nguyên tử.

Êlectron được khám phá bởi J.J. Thomson năm 1897 tại phòng thí nghiệm Cavendish của trường Đại học Cambridge, trong khi nghiên cứu về "tia âm cực". Chịu ảnh hưởng bởi nghiên cứu của James Clerk Maxwell, cũng như sự phát minh ra tia X, ông đã suy ra rằng tia âm cực tồn tại và là những hạt mang điện tích âm, ông gọi nó là "corpuscles".

Mô hình chuẩn

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Hình mô tả 6 quarks, 6 leptons và tác động giữa các hạt theo mô hình chuẩnMô hình chuẩn của vật lý hạt là thuyết miêu tả về tương tác mạnh, tương tác yếu, lực điện từ cũng như những hạt cơ bản tạo nên vật chất. Được phát triển vào những năm đầu của thập niên 1970, mô hình chuẩn là một phần của lý thuyết trường lượng tử, một lý thuyết đã kết hợp cơ học lượng tử với thuyết tương đối hẹp. Ngày nay, hầu hết các thí nghiệm kiểm chứng về 3 lực miêu tả bởi mô hình chuẩn đều đúng như những dự đoán của thuyết này. Tuy nhiên, mô hình chuẩn vẫn chưa là một thuyết thống nhất các lực tự nhiên một cách hoàn toàn, do sự vắng mặt của lực hấp dẫn.

Mô hình chuẩn chứa cả hai loại hạt cơ bản là fermion và boson. Fermion là những hạt có spin bán nguyên và tuân thủ theo nguyên lý loại trừ của Wolfgang Pauli, nguyên lý cho rằng không có hai fermison nào có cùng trạng thái lượng tử với nhau. Các hạt boson có spin nguyên và không tuân theo nguyên lý Pauli. Khái quát hóa, fermison là những hạt vật chất còn boson là những hạt truyền tương tác.

Trong mô hình chuẩn, thuyết điện từ - yếu (bao gồm cả tương tác yếu lẫn lực điện từ) được kết hợp với thuyết sắc động lực học lượng tử. Tất cả những thuyết này đều là lý thuyết gauge, có nghĩa là chúng mô hình hóa các lực giữa các fermion bằng cách tạo ra các boson, có tác dụng như các thành phần trung gian. Hệ Lagrangian của mỗi tập hợp hạt boson trung gian không thay đổi dưới một dạng biến đối gọi là biến đổi gauge, vì thế các boson này còn được gọi là gauge boson. Các boson trong Mô hình chuẩn là:

Photon, hạt trung gian trong tương tác điện từ.

W và Z boson, hạt trung gian trong lực hạt nhân yếu.

8 gluon, hạt truyền trung gian trong lực hạt nhân mạnh. 6 trong số các gluon được đánh dấu bằng các cặp "màu" và "đối màu" (ví dụ như một hạt gluon mang màu "đỏ" và "đối đỏ"), 2 gluon còn lại là cặp màu được "pha trộn" phức tạp hơn.

Higgs boson, hạt gây ra bất đối xứng trong các nhóm gauge, và cũng là loại hạt tạo ra khối lượng quán tính.

Biến đổi gauge của các gauge boson có thể được miêu tả bởi một nhóm unita, gọi là nhóm gauge. Nhóm gauge của tương tác mạnh là SU(3), nhóm gauge của tương tác yếu là SU(2)xU(1). Vì vậy, mô hình chuẩn thường được gọi là SU(3)xSU(2)xU(1). Higg boson là boson duy nhất không thuộc gauge boson, các tính chất của boson này vẫn còn đươc bàn cãi. Graviton là boson được cho là hạt truyền tương tác của tương tác hấp dẫn, nhưng không được nhắc đến trong mô hình chuẩn.

Có 12 dạng fermion khác nhau trong mô hình chuẩn. Cùng với các hạt proton, neutron và electron, những fermion cấu thành nền phần lớn các vật chất. Mô hình chuẩn xác định mỗi electron là hạt cơ bản; proton và neutron là hạt tổ hợp, được tạo bởi các hạt nhỏ hơn có tên gọi là quark. Các hạt quark dính với nhau bởi tương tác mạnh. Các hạt fermion cơ bản được nhắc đến trong mô hình chuẩn là:

Các fermion trong mô hình chuẩn Fermion Symbol Electric charge Weak charge* Weak isospin Hypercharge Color charge* Mass**

Generation 1

Electron e -1 2 -1/2 -1/2 1 0.511 MeV

Electron neutrino νe 0 2 +1/2 -1/2 1 < 50 eV

Positron ec 1 1 0 1 1 0.511 MeV

Electron antineutrino 0 1 0 0 1 < 50 eV

Up quark u +2/3 2 +1/2 +1/6 3 ~5 MeV ***

Down quark d -1/3 2 -1/2 +1/6 3 ~10 MeV ***

Anti-up antiquark uc -2/3 1 0 -2/3 ~5 MeV ***

Anti-down antiquark dc +1/3 1 0 +1/3 ~10 MeV ***

Generation 2

Muon μ -1 2 -1/2 -1/2 1 105.6 MeV

Muon neutrino νμ 0 2 +1/2 -1/2 1 < 0.5 MeV

Anti-Muon μc 1 1 0 1 1 105.6 MeV

Muon antineutrino 0 1 0 0 1 < 0.5 MeV

Charm quark c +2/3 2 +1/2 +1/6 3 ~1.5 GeV

Strange quark s -1/3 2 -1/2 +1/6 3 ~100 MeV

Anti-charm antiquark cc -2/3 1 0 -2/3 ~1.5 GeV

Anti-strange antiquark sc +1/3 1 0 +1/3 ~100 MeV

Generation 3

Tau τ -1 2 -1/2 -1/2 1 1.784 GeV

Tau neutrino ντ 0 2 +1/2 -1/2 1 < 70 MeV

Anti-Tau τc 1 1 0 1 1 1.784 GeV

Tau antineutrino 0 1 0 0 1 < 70 MeV

Top quark t +2/3 2 +1/2 +1/6 3 178 GeV

Bottom quark b -1/3 2 -1/2 +1/6 3 ~4.7 GeV

Anti-top antiquark tc -2/3 1 0 -2/3 178 GeV

Anti-bottom antiquark bc +1/3 1 0 +1/3 ~4.7 GeV

Các fermion có thể được sắp xếp trong 3 lớp, lớp thứ nhất có chứa electron, quark trên (up), quark dưới (down) và electron neutrino. Tất cả các vật chất nguyên sinh được tạo bởi nhóm hạt ở lớp đầu tiên; các hạt ở lớp cao hơn phân rã nhanh chóng xuống lớp thứ nhất và chỉ có thể được tổng hợp trong một thời gian thực ngắn, thông qua các thí nghiệm năng lượng cao. Lý do để sắp xếp các fermion vào các lớp khác nhau mặc dù các đặc điểm của chúng gần giống nhau, ví dụ như electron và muon cùng có spin bán nguyên và có cùng điện tích electron, là do khối lượng của muon lớp gấp 200 lần khối lượng của electron và, do đó, chúng được sắp xếp vào các lớp riêng biệt.

[sửa] Các thách thức trước mặt của mô hình chuẩn

Mặc dầu mô hình chuẩn đã có một thành công rất lớn trong việc giải thích các kết quả của thực nghiệm, song nó vẫn chưa thể trở thành một thuyết hoàn chỉnh trong vật lý cơ bản. Đó là do 2 nguyên nhân:

Mô hình này còn chứa 19 tham số tự do, như khối lượng của các hạt. Các tham số này không thể tính toán một cách độc lập

Mô hình này không miêu tả tương tác hấp dẫn

Hiện tại, mô hình này đang gặp một thử thách không nhỏ, đó là nghi vấn về sự xuất hiện của các hằng số không bền, như c hay e, hay cả hằng số mạng tinh thể. Nếu như các định luật vật lý được chứng mình có vị trí phụ thuộc và có thể khác nhau ở các tọa độ đặc biệt trong không gian, điều đó có nghĩa là tất cả các thí nghiệm sử dụng để chứng minh cho mô hình chuẩn đều không hợp lệ.

Hạt hạ nguyên tử

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Nguyên tử Hêli chứa hai proton (đỏ), hai neutron (lục) và hai electron (vàng).Hạt hạ nguyên tử là một khái niệm để chỉ các hạt cấu thành nên nguyên tử, cùng các hạt được giải phóng trong các phản ứng hạt nhân hay phản ứng phân rã. Ví dụ: điện tử, proton, neutron là những hạt hạ nguyên tử thường được nhắc đến. Ngoài ra còn rất nhiều các hạt hạ nguyên tử khác trong vật lý hạt.

Proton

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Xem các nghĩa khác tại proton (định hướng)

Proton

Cấu trúc quark của proton.

Cấu trúc 2 lên, 1 xuống

Loại hạt Fermion

Nhóm Quark

Tương tác hấp dẫn, điện từ, yếu, mạnh

Phản hạt phản proton ()

Thực nghiệm Ernest Rutherford (1919)

Ký hiệu p+

Khối lượng 1.672 621 71(29) × 10−27 kg

938.272 029(80) MeV/c2 1.007 276 466 88(13) u

Thời gian sống 1032 năm [1]

Điện tích 1.602 176 53(14) × 10−19 C

Spin ½

Hộp này: xem • thảo luận • sửa

Proton (p hay H+, tiếng Hy Lạp πρώτον/proton = đầu tiên) là một loại hạt tổ hợp, một thành phần cấu tạo hạt nhân nguyên tử. Bản thân proton được tạo thành từ 3 hạt quark (2 quark lên và 1 quark xuống), vì vậy proton mang điện tích +1e hay +1.602 ×10-19 coulomb

Có spin bán nguyên, proton là fermion. Cấu thành từ 3 quark, proton là baryon.

Khối lượng 1.6726 ×10-27 kg xấp xỉ bằng khối lượng hạt neutron và gấp 1836 lần khối lượng hạt electron

Trong nguyên tử trung hòa về điện tích, số proton đúng bằng số electron.

Số proton trong nguyên tử của một nguyên tố đúng bằng điện tích hạt nhân của nguyên tố đó, và được chọn làm cơ sở để xây dựng bảng tuần hoàn .

Proton và neutron được gọi là nucleon. Đồng vị phổ biến nhất của nguyên tử hydrô là một proton riêng lẻ (không có neutron nào). Hạt nhân của các nguyên tử khác nhau tạo thành từ số các proton và neutron khác nhau. Số proton trong hạt nhân xác định tính chất hóa học của nguyên tử và xác định nên nguyên tố hóa học.

Mục lục [ẩn]

1 Sự ổn định

2 Trong hóa học

3 Lịch sử

4 Phản proton

5 Liên kết ngoài

[sửa] Sự ổn định

Proton là một loại hạt ổn định. Tuy nhiên chúng có thể biến đổi thành neutron thông qua quá trình bắt giữ electron. Quá trình này không xảy ra một cách tự nhiên mà cần có năng lượng.

Quá trình này có thể đảo ngược: các neutron có thể chuyển thành proton qua phân rã bêta.

Theo lý thuyết thống nhất lớn, phân rã proton phải xảy ra, tuy nhiên đến nay các thí nghiệm cho thấy thời gian sống của proton ít nhất là 1035 năm.

[sửa] Trong hóa học

Trong hóa học và hóa sinh, proton được xem là ion hydrô, kí hiệu là H+. Một chất cho proton là axít và nhận proton là bazơ.

[sửa] Lịch sử

Ernest Rutherford được xem là người đầu tiên khám phá ra proton. Năm 1918 Rutherford nhận thấy rằng khi các hạt alpha bắn vào hơi ni tơ, máy đo sự nhấp nháy chỉ ra dấu hiệu của hạt nhân hydro. Rutherford tin rằng hạt nhân hydro này chỉ có thể đến từ ni tơ, và vì vậy ni tơ phải chứa hạt nhân hydro. Từ đó ông cho rằng hạt nhân hydro, có số nguyên tử 1, là một hạt cơ bản.

Xem thêm: William Prout và Giả thiết của Prout

Trước Rutherford, Eugene Goldstein đã quan sát tia a nốt, tia được tạo thành từ các ion mang điện dương. Sau khi J.J. Thomson khám phá ra electron, Goldstein cho rằng vì nguyên tử trung hòa về điện nên phải cố hạt mang điện dương trong nguyên tử và đã cố tìm ra nó. Ông đã dùng canal ray để quan sát những dòng hạt chuyển dời ngược chiều với dòng electron trong ống tia âm cực. Sau khi electron được loại ra khỏi ống tia âm cực, những hạt này được nhận thấy là mang điện dương và di chuyển về cực âm.

Neutron

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Neutron

Cấu trúc quark của neutron.

Cấu trúc một quark trên, hai quark dưới

Loại hạt Fermion

Nhóm Hardon

Tương tác hấp dẫn, điện từ, yếu, mạnh

Phản hạt phản neutron(antineutron)

Thực nghiệm James Chadwick[1]

Ký hiệu n, n0, N0

Khối lượng 1.674 927 29(28) × 10−27kg

939.565 560(81) MeV/c²

1.008665 u

Điện tích 0 C

Spin ½

Hộp này: xem • thảo luận • sửa

Neutron là một hạt hạ nguyên tử có trong thành phần hạt nhân nguyên tử, trung hòa về điện tích và có khối lượng bằng 1,67492716(13) × 10−27 kg. Neutron và proton được gọi là nucleon.

Hạt nhân của hầu hết các nguyên tử gồm có các neutron và proton. Số neutron xác định các đồng vị của một nguyên tố.

Biểu đồ Feynmann của quá trình phân rã bêta của neutron.Mục lục [ẩn]

1 Lịch sử nghiên cứu

2 Tương tác

2.1 Tương tác mạnh

2.2 Tương tác điện từ

2.3 Tương tác yếu

2.4 Tương tác hấp dẫn

3 Cấu trúc quark

4 Phản neutron

5 Xem thêm

6 Tham khảo

[sửa] Lịch sử nghiên cứu

[sửa] Tương tác

Các neutron tương tác với nhau qua bốn lực cơ bản: lực điện từ, lực hạt nhân yếu, lực hạt nhân mạnh và lực hấp dẫn.

[sửa] Tương tác mạnh

[sửa] Tương tác điện từ

Do trung hòa về điện nên neutron không tham gia vào các tương tác điện từ

[sửa] Tương tác yếu

[sửa] Tương tác hấp dẫn

[sửa] Cấu trúc quark

Mỗi neutron gồm hai quark xuống và một quark lên.

Các neutron đóng vai trò quan trọng trong nhiều phản ứng hạt nhân.

Quá trình phân rã

3 Quark

[sửa] Phản neutron

Bài chi tiết: phản neutron

Phản neutron là các phản hạt của neutron. Những hạt này đã được tìm ra bởi Bruce Cork vào năm 1956, một năm sau khi phát hiện ra phản proton. Phản neutron cấu thành bởi các phản quark[1], và có mômen lưỡng cực từ ngược với chính hạt: +1.91 µN cho phản neutron

[sửa] Xem thêm

Hiệu ứng quang điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Hiệu ứng quang điện

Heinrich Rudolf Hertz

Alexander StoletovHiệu ứng quang điện là một hiện tượng điện - lượng tử, trong đó các điện tử được thoát ra khỏi vật chất sau khi hấp thụ năng lượng từ các bức xạ điện từ. Hiệu ứng quang điện đôi khi được người ta dùng với cái tên Hiệu ứng Hertz, do nhà khoa học Heinrich Hertz tìm ra.

Việc nghiên cứu hiệu ứng quang điện đưa tới những bước quan trọng trong việc tìm hiểu về lượng tử ánh sáng và các electron, cũng như tác động đến sự hình thành khái niệm lưỡng tính sóng hạt.

Mục lục [ẩn]

1 Hiện tượng

2 Các định luật quang điện và giải thích

3 Hiệu ứng quang dẫn

4 Lịch sử của hiệu ứng quang điện

5 Ứng dụng của hiệu ứng quang điện

6 Xem thêm

[sửa] Hiện tượng

Khi bề mặt của một tấm kim loại được chiếu bởi bức xạ điện từ có tần số lớn hơn một tần số ngưỡng (tần số ngưỡng này là giá trị đặc trưng cho chất làm nên tấm kim loại này), các điện tử sẽ hấp thụ năng lượng từ các photon và sinh ra dòng điện (gọi là dòng quang điện). Khi các điện tử bị bật ra khỏi bề mặt của tấm kim loại, ta có hiệu ứng quang điện ngoài (external photoelectric effect). Các điện tử không thể phát ra nếu tần số của bức xạ nhỏ hơn tần số ngưỡng bởi điện tử không được cung cấp đủ năng lượng cần thiết để vượt ra khỏi rào thế (gọi là công thoát). Điện tử phát xạ ra dưới tác dụng của bức xạ điện từ được gọi là quang điện tử. Ở một số chất khác, khi được chiếu sáng với tần số vượt trên tần số ngưỡng, các điện tử không bật ra khỏi bề mặt, mà thoát ra khỏi liên kết với nguyên tử, trở thành điện tử tự do (điện tử dẫn) chuyển động trong lòng của khối vật dẫn, và ta có hiêu ứng quang điện trong (external photoelectric effect). Hiệu ứng này dẫn đến sự thay đổi về tính chất dẫn điện của vật dẫn, do đó, người ta còn gọi hiệu ứng này là hiệu ứng quang dẫn.

[sửa] Các định luật quang điện và giải thích

Có nhiều người đưa ra các mô hình giải thích khác nhau về hiệu ứng quang điện tuy nhiên đều không thành công do sử dụng mô hình sóng ánh sáng. Albert Einstein là người giải thích thành công hiệu ứng quang điện bằng cách sử dụng mô hình lượng tử ánh sáng. Heinrich Hertz và Stoletov là những người nghiên cứu chi tiết về hiệu ứng quang điện và đã thành lập các định luật quang điện.

Ở mỗi tần số bức xạ và mỗi kim loại, cường độ dòng quang điện (cường độ dòng điện tử phát xạ do bức xạ điện từ) tỉ lệ thuận với cường độ chùm sáng tới.

Với mỗi kim loại, tồn tại một tần số tối thiểu của bức xạ điện từ mà ở dưới tần số đó, hiện tượng quang điện không xảy ra. Tần số này được gọi là tần số ngưỡng, hay giới hạn quang điện của kim loại đó.

Ở trên tần số ngưỡng, động năng cực đại của quang điện tử không phụ thuộc vào cường độ chùm sáng tới mà chỉ phụ thuộc vào tần số của bức xạ.

Thời gian trong quá trình từ lúc bức xạ chiếu tới và các điện tử phát ra là rất ngắn, dưới 10-9 giây.

Albert Einstein đã sử dụng Thuyết lượng tử để lý giải hiện tượng quang điện. Mỗi photon có tần số f sẽ tương ứng với một lượng tử năng lượng có năng lượng ε = h.f

Ở đây, h là hằng số Planck.

Năng lượng mà điện tử hấp thụ được sẽ được dùng cho 2 việc:

Thoát ra khỏi liên kết với bề mặt kim loại (vượt qua công thoát Φ)

Cung cấp cho điện tử một động năng ban đầu

Như vậy, theo định luật bảo toàn năng lượng, ta có thể viết phương trình:

Do động năng luôn mang giá trị dương, do đó, hiệu ứng này chỉ xảy ra khi:

có nghĩa là hiệu ứng quang điện chỉ xảy ra khi

f0 = Φ / h chính là giới hạn quang điện của kim loại.

[sửa] Hiệu ứng quang dẫn

Trong nhiều vật liệu, hiệu ứng quang điện ngoài không xảy ra mà chỉ xảy ra hiện tượng quang điện trong (thường xảy ra với các chất bán dẫn). Khi chiếu các bức xạ điện từ vào các chất bán dẫn, nếu năng lượng của photon đủ lớn (lớn hơn độ rộng vùng cấm của chất, năng lượng này sẽ giúp cho điện tử dịch chuyển từ vùng hóa trị lên vùng dẫn, do đó làm thay đổi tính chất điện của chất bán dẫn (độ dẫn điện của chất bán dẫn tăng lên do chiếu sáng). Hoặc sự chiếu sáng cũng tạo ra các cặp điện tử - lỗ trống cũng làm thay đổi cơ bản tính chất điện của bán dẫn. Hiệu ứng này được sử dụng trong các photodiode, phototransitor, pin mặt trời...

Ánh sáng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Ánh sáng là từ phổ thông dùng để chỉ các bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong vùng quang phổ nhìn thấy được bằng mắt thường (tức là từ khoảng 400 nm đến 700 nm). Giống như mọi bức xạ điện từ, ánh sáng có thể được mô tả như những đợt sóng hạt chuyển động gọi là photon. Ánh sáng do Mặt Trời tạo ra còn được gọi là ánh nắng (hay còn gọi là ánh sáng trắng bao gồm nhiều ánh sáng đơn sắc biến thiên liên tục từ đỏ đến tím); ánh sáng Mặt Trăng mà chúng ta thấy được gọi là ánh trăng thực tế là ánh sáng do mặt trời chiếu tới mặt trăng phản xạ đi tới mắt người; do đèn tạo ra còn được gọi là ánh đèn; do các loài vật phát ra gọi là ánh sáng sinh học.

"Ánh sáng lạnh" là ánh sáng có bước sóng tập trung gần vùng quang phổ tím. "Ánh sáng nóng" là ánh sáng có bước sóng nằm gần vùng đỏ. Ánh sáng có quang phổ trải đều từ đỏ đến tím là ánh sáng trắng; còn ánh sáng có bước sóng tập trung tại vùng quang phổ rất hẹp gọi là "ánh sáng đơn sắc".

Môn học nghiên cứu sự lan truyền và các tính chất của ánh sáng trong và giữa các môi trường khác nhau gọi là quang học.

Mục lục [ẩn]

1 Một số tính chất quan trọng

1.1 Vận tốc trong chân không

1.2 Năng lượng, động lượng và khối lượng

1.3 Tương tác với vật chất

1.3.1 Với mắt người

1.3.2 Với mắt các sinh vật

2 Các lý thuyết về ánh sáng

2.1 Lý thuyết hạt ánh sáng

2.2 Lý thuyết sóng ánh sáng

2.3 Lý thuyết điện từ

2.4 Ête

2.5 Thuyết tương đối

2.6 Lý thuyết lượng tử ánh sáng

3 Các hiện tượng quang học

4 Ứng dụng

5 Xem thêm

6 Liên kết ngoài

[sửa] Một số tính chất quan trọng

[sửa] Vận tốc trong chân không

Bài chi tiết: Tốc độ ánh sáng

Trong chân không, các thí nghiệm đã chứng tỏ ánh sáng nói riêng, hay các bức xạ điện từ nói chung, đi với vận tốc không thay đổi, thường được ký hiệu là c = 299.792.458 m/s, thậm chí không phụ thuộc vào hệ quy chiếu. Hiện tượng này đã thay đổi nhiều quan điểm về cơ học cổ điển của Isaac Newton và thúc đẩy Albert Einstein tìm ra lý thuyết tương đối.

[sửa] Năng lượng, động lượng và khối lượng

Bài chi tiết: Năng lượng Mặt Trời

Năng lượng của một hạt photon có bước sóng λ là hc/λ, với h là hằng số Planck và c là tốc độ ánh sáng trong chân không. Photon không có khối lượng nghỉ, do đó động lượng của hạt photon bằng năng lượng của nó chia cho tốc độ ánh sáng, h/λ. Tính toán trên thu được từ công thức của thuyết tương đối:

E2-p2c2 = m02c4

với:

E là năng lượng của hạt

p là động lượng của hạt

m0 là khối lượng nghỉ

[sửa] Tương tác với vật chất

Đề mục này cần được mở rộng.

[sửa] Với mắt người

Bài chi tiết: Màu sắc

Độ hấp thụ ánh sáng theo bước sóng của ba tế bào thần kinh hình nón (các đường màu) và của tế bào cảm thụ ánh sáng yếu (đường gạch) ở mắt ngườiCác dao động của điện trường trong ánh sáng tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người. Có 3 loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người, cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu sắc khác nhau). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ 3 loại tế bào này tạo nên những cảm giác màu sắc phong phú. Để tạo ra hình ảnh màu trên màn hình, người ta cũng sử dụng 3 loại đèn phát sáng ở 3 vùng quang phổ nhạy cảm của người (xem phối màu phát xạ).

Tế bào cảm giác màu đỏ và màu lục có phổ hấp thụ rất gần nhau, do vậy mắt người phân biệt được rất nhiều màu nằm giữa màu đỏ và lục (màu vàng, màu da cam, xanh nõn chuối, ...). Tế bào cảm giác màu lục và màu lam có phổ hấp thụ nằm xa nhau, nên mắt người phân biệt về các màu xanh không tốt. Trong tiếng Việt, từ "xanh" đôi khi hơi mơ hồ - vừa mang nghĩa xanh lục vừa mang nghĩa xanh lam.

Võng mạc người được chia làm 2 lớp (xét về mặt chức năng) gồm lớp tế bào cảm nhận ánh sáng và lớp tế bào dẫn truyền xung thần kinh điện thế. Trong y học, người ta còn phân võng mạc thành 10 lớp theo cấu trúc giải phẫu mô học và hình thái của nó.

Về tế bào học, võng mạc người chỉ có 2 loại tế bào: tế bào gậy và tế bào nón. Tế bào gậy có chức năng xác định về cấu trúc, hình thể vật , những hình ảnh trong tối Tế bào nón có chức năng xác định rõ về màu sắc, độ sắc nét Trong đó, tế bào nón lại được phân thành 3 loại, nhận cảm màu sắc ánh sáng tương ứng với 3 vùng quang phổ khác nhau

[sửa] Với mắt các sinh vật

Cường độ sáng theo bước sóng của bức xạ điện từ Mặt Trời ngay ngoài khí quyển Trái ĐấtCác sinh vật khác con người có thể cảm thụ được nhiều màu hơn (chim 4 màu gốc) hoặc ít màu hơn (bò 2 màu gốc) và ở những vùng quang phổ khác (ong cảm nhận được vùng tử ngoại).

Hầu hết mắt của các sinh vật nhạy cảm với bức xạ điện từ có bước sóng nằm trong khoảng từ 300 nm đến 1200 nm. Khoảng bước sóng này trùng khớp với vùng phát xạ có cường độ mạnh nhất của Mặt Trời. Như vậy có thể suy luận là việc các loài vật trên Trái Đất đã tiến hoá để thu nhận vùng bức xạ tự nhiên mạnh nhất đem lại lợi thế sinh tồn cho chúng. Không hề ngẫu nhiên mà bước sóng ánh sáng (vùng quang phổ mắt người nhìn được) cũng trùng vào khu vực bức xạ mạnh này.

[sửa] Các lý thuyết về ánh sáng

Trong lịch sử khám phá, đã có nhiều lý thuyết để giải thích các hiện tượng tự nhiên liên quan đến ánh sáng. Dưới đây trình bày các lý thuyết quan trọng, theo trình tự lịch sử.

[sửa] Lý thuyết hạt ánh sáng

Bài chi tiết: Lý thuyết hạt ánh sáng

Lý thuyết hạt ánh sáng, được Isaac Newton đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là dòng di chuyển của các hạt vật chất. Lý thuyết này giải thích được hiện tượng phản xạ và một số tính chất khác của ánh sáng; tuy nhiên không giải thích được nhiều hiện tượng như giao thoa, nhiễu xạ mang tính chất sóng.

[sửa] Lý thuyết sóng ánh sáng

Bài chi tiết: Lý thuyết sóng ánh sáng

Lý thuyết sóng ánh sáng, được Christiaan Huygens đưa ra, cho rằng dòng ánh sáng là sự lan truyền của sóng. Lý thuyết này giải thích được nhiều hiện tượng mang tính chất sóng của ánh sáng như giao thoa, nhiễu xạ; đồng thời giải thích tốt hiện tượng khúc xạ và phản xạ.

Lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ánh sáng ra đời cùng thời điểm, thế kỷ 17 và đã gây ra cuộc tranh luận lớn giữa hai trường phái.

[sửa] Lý thuyết điện từ

Bài chi tiết: Lý thuyết điện từ

Sau khi lý thuyết sóng và lý thuyết hạt ra đời, lý thuyết điện từ của James Clerk Maxwell năm 1865, khẳng định lại lần nữa tính chất sóng của ánh sáng. Đặc biệt, lý thuyết này kết nối các hiện tượng quang học với các hiện tượng điện từ học, cho thấy ánh sáng chỉ là một trường hợp riêng của sóng điện từ.

Các thí nghiệm sau này về sóng điện từ, như của Heinrich Rudolf Hertz năm 1887, đều khẳng định tính chính xác của lý thuyết của Maxwell.

[sửa] Ête

Bài chi tiết: Ête (vật lý)

Sau thành công của lý thuyết điện từ, khái niệm rằng ánh sáng lan truyền như các sóng đã được chấp nhận rộng rãi. Các hiểu biết về sóng cơ học, như âm thanh, của cơ học cổ điển, đã dẫn các nhà khoa học đến giả thuyết rằng sóng ánh sáng lan truyền như sóng cơ học trong môi trường giả định ête, tràn ngập khắp vũ trụ, nhưng có độ cứng cao hơn cả kim cương.

Cuối thế kỷ 19, đầu thế kỷ 20, nhiều thí nghiệm tìm kiếm sự tồn tại của ête, như thí nghiệm Michelson-Morley, đã thất bại, cùng lúc chúng cho thấy tốc độ ánh sáng là hằng số không phụ thuộc hệ quy chiếu; do đó không thể tồn tại môi trường lan truyền cố định kiểu ête.

[sửa] Thuyết tương đối

Bài chi tiết: Thuyết tương đối

Thuyết tương đối của Albert Einstein ra đời, 1905, với mục đích ban đầu là giải thích hiện tượng vận tốc ánh sáng không phụ thuộc hệ quy chiếu và sự không tồn tại của môi trường ête, bằng cách thay đổi ràng buộc của cơ học cổ điển.

Trong lý thuyết tương đối hẹp, các tiên đề của cơ học được thay đổi, để đảm bảo thông qua các phép biến đổi hệ quy chiếu, vận tốc ánh sáng luôn là hằng số. Lý thuyết này đã giải thích được chuyển động của các vật thể ở tốc độ cao và tiếp tục được mở rộng thành lý thuyết tương đối rộng, trong đó giải thích chuyển động của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung trong không gian bị bóp méo bởi vật chất.

Thí nghiệm đo sự bẻ cong đường đi ánh sáng của các ngôi sao khi đi qua gần Mặt Trời, lần đầu vào nhật thực năm 1919, đã khẳng định độ chính xác của lý thuyết tương đối rộng.

[sửa] Lý thuyết lượng tử ánh sáng

Bài chi tiết: Cơ học lượng tử

Lý thuyết lượng tử của ánh sáng nói riêng và vật chất nói chung ra đời khi các thí nghiệm về bức xạ vật đen được giải thích bởi Max Planck và hiệu ứng quang điện được giải thích bởi Albert Einstein đều cần dùng đến giả thuyết rằng ánh sáng là dòng chuyển động của các hạt riêng lẻ, gọi là quang tử (photon).

Vì tính chất hạt và tính chất sóng cùng được quan sát ở ánh sáng, và cho mọi vật chất nói chung, lý thuyết lượng tử đi đến kết luận về lưỡng tính sóng hạt của ánh sáng và vật chất; đúc kết ở công thức de Broglie, 1924, liên hệ giữa động lượng một hạt và bước sóng của nó.

[sửa] Các hiện tượng quang học

Phản xạ

Khúc xạ

Tán xạ

Nhiễu xạ

Giao thoa

Thấu kính hấp dẫn

Hiệu ứng quang điện

Điện trở suất

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Điện trở suất (tiếng Anh: Electrical resistivity) là đại lượng đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của mỗi chất. Chất có điện trở suất thấp sẽ dễ dàng cho dòng điện truyền qua (chất dẫn điện) và chất có điện trở suất lớn sẽ có tính cản trở dòng điện lớn (chất cách điện). Điện trở suất nói nên tính cản trở sự chuyển dời có hướng của các hạt mang điện của mỗi chất. Đơn vị của điện trở suất trong hệ đơn vị chuẩn SI là Ohm.met (Ω.m).

Mục lục [ẩn]

1 Định nghĩa điện trở suất

2 Điện trở suất của một số vật liệu

3 Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất

4 Điện trở suất phức

5 Tài liệu tham khảo

6 Liên kết ngoài

[sửa] Định nghĩa điện trở suất

Điện trở suất (thường được ký hiệu là ρ) của một chất được định nghĩa bởi điện trở của một khối chất có chiều dài 1 m và tiết diện 1 m2, hay một cách tổng quát, nó được cho bởi công thức:

với R là điện trở, S là tiết diện ngang, l là chiều dài của khối vật dẫn.

Định luật Ohm vi phân còn cho định nghĩa điện trở suất theo công thức:

Với E là cường độ điện trường, J là mật độ dòng điện.

Người ta còn định nghĩa điện trở suất là nghịch đảo của độ dẫn điện:

[sửa] Điện trở suất của một số vật liệu

Kim loại Điện trở suất (Ωm) Hệ số nhiệt điện trở

Bạc[1] 1,59×10−8 0,0038

Đồng[1] 1,72×10−8 0,0039

Vàng[1] 2,44×10−8 0,0034

Nhôm[1] 2,82×10−8 0,0039

Tungsten[1] 5,6×10−8 0,0045

Hợp kim Cu-Zn[1] 0,8×10−7 0,0015

Sắt[1] 1,0×10−7 0,005

Bạch kim[1] 1,1×10−7 0,00392

Chì[1] 2,2×10−7 0,0039

Mangan[2] 4,4×10−7 0,000002

Constantan[2] 4,9×10−7 0,00001

Thủy ngân[2] 9,8×10−7 0,0009

Nichrome[1][3] 1,10×10−6 0,0004

Cacbon[1][4] 3,5×10−5 -0,0005

Gecmani[1][4] 4,6×10−1 -0,048

Silic[1][4] 6,40×102 -0,075

Thủy tinh[1] 1010 to 1014 --

Cao su[1] 1013 --

Lưu huỳnh[1] 1015 --

Parafin 1017 --

Thạch anh[1] 7,5×1017 --

PET 1020 --

Teflon 1022 to 1024 --

[sửa] Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất

Nhìn chung, điện trở suất của các kim loại tăng theo nhiệt độ trong khi điện trở suất của các chất bán dẫn giảm theo nhiệt độ, và trong tất cả các trường hợp, điện trở suất của chất phụ thuộc vào các cơ chế tán xạ của điện tử trong vật liệu: tán xạ trên phonon, tán xạ trên sai hỏng, tán xạ trên spin. Điện trở suất còn phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do trong chất...

Một cách tổng quát, điện trở suất trong kim loại phụ thuộc vào nhiệt độ theo công thức Bloch-Gruneissen:

với ρ(0) là điện trở suất do tán xạ trên sai hỏng, A là hằng số phụ thuộc vào vận tốc của điện tử trên mặt Fermi, bán kính Debye và mật độ điện tử trong kim loại, ΘR là nhiệt độ Debye, n là số nguyên phụ thuộc vào cơ chế tương tác:

n = 5 nếu điện trở suất là do tán xạ trên phonon

n = 3 nếu điện trở là do tán xạ của các điện tử s-d (trong các kim loại chuyển tiếp)

n = 2 nếu điện trở suất là do tương tác điện tử-điện tử

Các chất siêu dẫn khi nhiệt độ giảm xuống dưới nhiệt độ tới hạn sẽ không có điện trở.

Với các chất bán dẫn, điện trở suất giảm theo nhiệt độ theo phương trình Steinhart-Hart:

Với A, B, C là các hằng số gọi là các hệ số Steinhart-Hart.

[sửa] Điện trở suất phức

Khi vật liệu được đặt trong điện trường xoay chiều, khái niệm điện trở sẽ thay đổi, và được thay thế bởi trở kháng, với 2 thành phần là thành phần thực và thành phần phức.

Pin quả chanh

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Pin quả chanh được làm từ một quả chanh và hai điện cực bằng kim loại khác nhau như đồng xu hay dây đồng và một cây đinh bằng kẽm hay tráng kẽm. Trên thực tế, một trái chanh thì không đủ sức thắp sáng một chiếc bóng đèn; người ta phải dùng tới 500 quả mắc nối tiếp mới có thể khiến bóng đèn tiêu chuẩn cháy sáng.[1]Pin Quả Chanh là một thiết bị dùng trong thí nghiệm được trình bày trong nhiều quyển sách về khoa học trên khắp thế giới.[2]

Nó bao gồm hai vật bằng kim loại, như cây đinh tráng kẽm và đồng xu bằng đồng, ghim vào một quả chanh. Đồng xu đóng vai trò điện cực dương (cathode) còn cây đinh thì đóng vai trò điện cực âm (anode). Hai điện cực này tạo ra một phản ứng điện hóa dẫn đến hình thành một hiệu điện thế.

Mục đích của thí nghiệm này là giúp cho sinh viên hiểu được cách hoạt động của pin điện hóa. Sau khi mẫu pin đã được gắn kết, một máy đo điện sẽ được dùng để đo đạt hiệu điện thế sinh ra. Để có một hiệu ứng trực quan hơn, vài quả chanh được mắc nối tiếp có thể được dùng để thắp sáng một bóng đèn LED tiêu chuẩn. Đèn dây tóc thường không được sử dụng bởi vì pin quả chanh không thể tạo ra được cường độ dòng điện đủ lớn cho bóng đèn loại này. Đồng hồ điện tử cũng hoạt động tốt, và một số nhà sản xuất đồ chơi cũng cung cấp các bộ đồ chơi có đồng hồ chạy bằng hai viên pin quả chanh hay pin khoai tây.

Năng lượng cung cấp cho mạch điện có từ việc khử các ion kim loại trên điện cực. Một cách đơn giản, trái chanh đã cung cấp điều kiện cho phản ứng xảy ra. Trong pin trái chanh, cả hai quá trình oxy hóa và khử đều diễn ra. Ta xét ví dụ về pin chạy bằng đồng và kẽm. Ở anode, kẽm bị oxy hóa như sau:

Zn → Zn2+ + 2 e-.

Ở cathode, hydro bị khử:

2H++ 2e- → H2.

Khoai tây,[3] táo, hay bất kỳ loại hoa quả nào có chứa acid hay chất điện phân đều có thể dùng được, nhưng thường nhất là chanh vì nó chứa nhiều acid hơn hết.[4]. Một số cặp kim loại khác, như magiê-đồng, có hiệu năng cao hơn: ví dụ, dùng một mảnh magiê thay cho kẽm sẽ giúp tăng điện áp từ 1.1 V lên 1.6 V. (Mức điện áp còn tùy thuộc vào loại chanh.) Song, kẽm và đồng được dùng nhiều hơn cả vì chúng an toàn hơn và dễ kiếm hơn.

Put your stBảng Bắt đầu-Phản ứng-Cân bằng

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Thiết lập bảng Ban đầu-Phản ứng-Cân bằng là một việc không thể thiếu nhằm xác định sự thay đổi nồng độ các chất trong một cân bằng hóa học. Trong tiếng Anh: ICE là tên ghép các chữ cái đầu với "Initial (Ban đầu), Change (Thay đổi: phản ứng), Equilibrium" (Đạt cân bằng). Bảng này được dùng để theo dõi quá trình biến đổi của lượng chất và để thiết lập biểu thức tính hằng số cân bằng. Thông thường, một phản ứng cân bằng được viết trong dạng bảng Phương trình-Ban đầu-Phản ứng-Cân bằng (tiếng Anh: RICE table với "Reaction (Phản ứng)).

[sửa] Ví dụ

Xét quá trình phân ly của một axit yếu HA trong dung môi nước. Bằng cách nào ta có thể xác định độ pH? Đầu tiên chúng ta sẽ viết phương trình phản ứng và sau đó viết theo hàng tương ứng với các chất trong cân bằng các dữ liệu:

HA A- H+

BĐ a 0 0

PỨ -x +x +x

CB a - x x x

[HA] [A-] [H+]

BĐ a 0 0

PỨ -x +x +x

CB a - x x x

Ở hàng đầu, kí hiệu BĐ, diễn tả trạng thái ban đầu của hỗn hợp các chất: nồng độ axit là a và khi chưa bắt đầu phân ly thì nồng độ A- và H+ bằng 0.

Ở hàng thứ hai, kí hiệu PỨ, cho ta thấy số lượng axit phân ly, nồng độ của nó thay đổi một lượng -x và nồng độ của cả A- và H+ tăng thêm một lượng +x. Số liệu này do phương trình dẫn ra.

Hàng thứ ba, kí hiệu CB, là tổng của hai hàng bên trên. Hàng này chỉ rõ nồng độ của các chất tại thời điểm cân bằng được thiết lập.

Nhìn bảng, ta có thể nhận ra nồng độ tại cân bằng của [H+] là x.

Một phản ứng cân bằng được đặc trưng bởi một hằng số cân bằng (tại điều kiện xác định), với hằng số này ta có thể suy ra được con số x.

Thế các nồng độ tại thời điểm cân bằng vào biểu thức trên và tính toán.

Với con số a cho trước và biết hằng số Ka, phương trình sẽ cho ra nghiệm x. Tính toán[1] pH = -lg[H+] = -lgx. Rồi chúng ta kiểm tra nghiệm x phải thoả: |x| ≤ |a|

Khi độ điện ly quá bé, a >> x thì ta viết gọn biểu thức thành

từ đó dẫn đến pH= 1/2( pKa - lga). Phương pháp xấp xỉ này được áp dụng khi giá trị pKa lớn hơn 2.

ory text here...Hóa keo

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Hóa keo là lãnh vực hóa học nghiên cứu về các cách chế tạo, đặc điểm và biến đổi các hệ keo. Hệ keo là một hệ thống phân tán các phần tử có kích thước từ một phần triệu cho đến vài phần ngàn milimét. Các phần tử này được phân tán trong một môi trường phân tán.

Hệ keo là một hệ phân tán giữa dung dịch và huyền phù. Hệ keo không có áp suất thẩm thấu, không tăng nhiệt độ sôi và không giảm nhiệt độ đông đặc của môi trường phân tán (gọi là các tính chất của hệ keo). Các hạt keo thường mang điện tích hấp thụ vì thế mà có thể tách chúng ra bằng phương pháp điện di. Các hạt keo chống sự kết tụ của các loại hạt keo khác thường được gọi là keo bảo vệ, thí dụ như dextrin. Trong cơ thể động vật và thực vật có rất nhiều hoạt chất tồn tại trong hệ keoIon hóa

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Thông tin trong bài (hay đoạn) này không thể kiểm chứng được do không được chú giải từ bất kỳ nguồn tham khảo nào.

Xin bạn hãy cải thiện bài viết này bằng cách bổ sung chú thích tới các nguồn uy tín. Nếu bài được dịch từ Wikipedia ngôn ngữ khác thì hãy chuyển nguồn tham khảo từ phiên bản đó cho bài này. Nếu không, những câu hay đoạn văn không có chú giải nguồn gốc có thể bị thay thế hoặc xóa đi bất cứ lúc nào.

Ion hóa là quá trình các nguyên tử hay phân tử trung hòa về điện nhận thêm hay mất đi electron để tạo thành các ion âm hoặc dương. Ion dương được tạo thành khi chúng hấp thụ đủ năng lượng (năng lượng này phải lớn hơn hoặc bằng thế năng tương tác của electron trong nguyên tử) để giải phóng electron, những electron được giải phóng này được gọi là những electron tự do. Năng lượng cần thiết để xảy ra quá trình này gọi là năng lượng ion hóa. Ion âm được tạo thành khi một electron tự do nào đó đập vào một nguyên tử mang điện trung hòa ngay lập tức bị tóm và thiết lập hàng rào thế năng với nguyên tử này, vì nó không còn đủ năng lượng để thoát khỏi nguyên tử này nữa nên hình thành ion âm.

Sự ion hóa tổng quát có thể được chia làm 2 loại: sự ion hóa liên tục và sự ion hóa không liên tục. Trong vật lý cổ điển thường đề cập đến ion hóa liên tục (hay lượng tử hóa liên tục) còn ion hóa ko liên tục chỉ được đề cập đến trong lượng tử ion hóa.

Nhiệt hóa học

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Nhiệt hóa học là ngành học nghiên cứu về nhiệt năng hóa học được sinh ra trong các phản ứng hóa học. Ngành học này là một ứng dụng của định luật thứ nhất nhiệt động lực học đối với những phản ứng hóa học đẳng nhiệt và đẳng áp. Nền tảng cơ bản của nhiệt hóa học là phương trình liên quan đến năng lượng của toàn bộ hệ thống:

Q = ΔH

Trong đó:

Q là nhiệt lượng

H là enthalpy

Lấy từ "http://vi.wikipedia.org/wiki/Nhi%E1%BB%87t_h%C3%B3a_h%E1%BB%8Dc"Năng lượng ion hóa

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Năng lượng ion hóa của một nguyên tử hay một phân tử là năng lượng cần thiết để tách một điện tử từ nguyên tử hay phân tử đó ở trạng thái cơ bản. Một cách tổng quát hơn, năng lượng ion hóa thứ n là năng lượng cần thiết để tách điện tử thứ n sau khi đã tách (n-1) điện tử đầu tiên. Trạng thái cơ bản Chính là trạng thái mà tại đó, nguyên tử không chịu ảnh hưởng của bất kỳ một từ trường ngoài nào cả. Tức là 1 nguyên tử kim loại ở trạng thái cơ bản sẽ có dạng khí, và cấu hình electron của nó cũng là cấu hình cơ bản: tuân theo nguyên lí Pauli, Nguyên lí vững bền và qui tắc Hund.

Theo từ điển Giáo khoa Vật lí của các tác giả Vũ Thanh Khiết,..., Nhà Xuất bản Giáo dục- năm 2007 thì năng lượng ion hoá được định nghĩa như sau:

Năng lượng ion hóa của một nguyên tử, phân tử hoặc ion là năng lượng cần thiết để tách êlectron liên kết yếu nhất ra khỏi một hạt ở trạng thái cơ bản sao cho ion dương được tạo thành cũng ở trạng thái cơ bản. Đó là năng lượng ion hoá thứ nhất. Các giai đoạn ion hoá tiếp theo sẽ ứng với các năng lượng ion hoá thứ hai, thứ ba,...

Bài này còn sơ khai.

Tính chất tập hợp

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới: menu, tìm kiếm

Tính chất tập hợp là một trong những tính chất của dung dịch, phụ thuộc vào số lượng phân tử chất tan trong một thể tích dung môi cho trước và không liên quan đến tính chính riêng của phân tử tan (ví dụ: kích thước, khối lượng...)[1]. Tính chất tập hợp gồm bốn hiện tượng: giảm áp suất hơi; nâng nhiệt độ sôi; hạ nhiệt độ đông đặc; và áp suất thẩm thấu (xem thêm: Thẩm thấu và Thẩm thấu ngược). Việc đo lường sự biến đổi tính chất của dung dịch loãng chứa chất tan không điện ly có thể cho ta biết khối lượng mol của chất tan tương đối chính xác. Đối với chất tan phân ly, việc đo lường có thể cho ta kết quả về phần trăm ion có mặt trong dung dịch.

Mục lục [ẩn]

1 Áp suất hơi

2 Nhiệt độ sôi và đông đặc

2.1 Nâng điểm sôi

2.2 Hạ điểm đông đặc

3 Áp suất thẩm thấu

4 Chú thích

[sửa] Áp suất hơi

Định luật Raoult nêu rõ mối quan hệ giữa độ giảm áp suất hơi và nồng độ chất tan, phát biểu như sau:

Áp suất hơi của một dung dịch lý tưởng phụ thuộc vào áp suất hơi của của từng chất (tinh khiết) và phần mol của nó trong dung dịch. (Xem thêm bài viết: Định luật Raoult.)

[sửa] Nhiệt độ sôi và đông đặc

Cả hai hiện tượng nâng nhiệt độ sôi và giảm nhiệt độ đông đặc đều là kết quả của hiện tượng giảm áp suất hơi của dung dịch loãng.

[sửa] Nâng điểm sôi

Nhiệt độ sôi∑ = Nhiệt độ sôidung môi + ΔTs

trong đó

ΔTs = nồng độ molan * Ks * i, (Ks = hằng số nghiệm sôi, với nước là 0.51°C kg/mol; i = hệ số van 't Hoff)

Vì nhiệt độ sôi chỉ đạt được khi cân bằng giữa pha khí và pha lỏng được thiết lập, có nghĩa là, số lượng phân tử đi vào bằng số phân tử đi từ pha lỏng ra pha khí (rời khỏi pha lỏng), cho nên lượng chất tan thêm vào sẽ tạo ra tương tác với dung môi khiến phân tử dung môi khó rời khỏi hệ dung dịch. Bù lại hệ sẽ chuyển sang trạng thái cân bằng mới, nhiệt độ sôi tăng lên.

[sửa] Hạ điểm đông đặc

Nhiệt độ đông đặc∑ = Nhiệt độ đông đặcdung môi + ΔTđ

trond đó:

ΔTđ = nồng độ molan * Kđ * i, (Kđ = hằng số nghiệm lạnh, với nước là -1.86°C kg/mol; i = hệ số van 't Hoff)

Nhiệt độ đông đặc, và cân bằng giữa pha lỏng và pha rắn nhìn chung bị giảm so với dung môi tinh khiết do sự có mặt của chất tan. Các tiểu phân dung môi không thể đi vào pha rắn, nên số phân tử trong cân bằng ít hơn. Và, cân bằng sẽ được tái thiết lập ở nhiệt độ thấp hơn.

[sửa] Áp suất thẩm thấu

Hai định luật về áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng được hai nhà thực vật học W. F. P. Pfeffer (người Đức) và nhà hoá học J. H. van't Hoff (Hà Lan) khám phá, được phát biểu như sau:

Áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng tại một nhiệt độ không đổi tỉ lệ thuận với nồng độ của nó.

Áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng tại một nhiệt độ không đổi tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối của nó.

Hai phát biểu trên gần như tương tự các định luật Boyle-Mariotte và Charles của khí lý tưởng. Và công thức biểu diễn cũng tương tự:

πV = nRTi

hay

π = [ ]RTi

trong đó: π = áp suất thẩm thấu; [ ] là nồng độ mol chất tan; V là thể tích; nhiệt độ tuyệt đối T; n là số mol chất tan; R = 8.3145 J/mol.K, hằng số khí lý tưởng; i = hệ số van 't Hoff.