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离子氛是电解质溶液理论的核心概念,德拜球是等离子体理论的核心概念。离子氛中任一离子对离子氛外存在静电作用,离子氛的对外静电作用等价于中心离子的对外静电作用,但其荷电符号变为相反。德拜球中任一荷电粒子对德拜球外存在静电作用,德拜球的对外静电作用等价于中心荷电粒子的对外静电作用,但其荷电符号变为相反。因此,在中心离子的离子氛的外围存在一个大的离子氛,在中心荷电粒子的德拜球的外围存在一个大的德拜球(层)。如此继续,在中心离子的外围存在多重离子氛,在中心荷电粒子的外围存在多重德拜球层。这不但丰富与促进电解质溶液理论,等离子体理论的发展,而且基于此还涉及到万有引力的起源。
离子氛,德拜球
离子氛是电解质溶液理论的核心概念,而德拜球是等离子体理论的核心概念。
离子氛
1. 在电解质溶液中,由于离子间的静电作用,从统计平均看,任一正离子的周围负离子出现的几率高于正离子,同样,任一负离子的周围正离子出现的几率高于负离子。每一离子(中心离子)的外围都存在着由多个离子组成的球状或球层状区域,被称为离子氛,其与中心离子荷电等量异号。
2. 离子氛中主导离子,即离子氛中多数离子,与中心离子的荷电符号相反。
3. 每一离子既是离子氛的中心离子,又是其它离子的离子氛中的一员。如图1所示(1-4)。
德拜球
1. 在等离子体中,由于荷电粒子间的静电作用,从统计平均看,任一正电粒子的周围负电粒子出现的几率高于正电粒子,同样,任一负电粒子的周围正电粒子出现的几率高于负电粒子。每一荷电粒子(中心荷电粒子)的外围都存在着由多个荷电粒子组成的球状或球层状区域,被称为德拜球,其与中心荷电粒子荷电等量异号。
2. 德拜球中主导荷电粒子,即德拜球中多数荷电粒子,与中心荷电粒子的荷电符号相反。
3. 每一荷电粒子既是德拜球的中心荷电粒子,又是其它荷电粒子的德拜球中的一员。如图1所示。
多重离子氛,多重德拜球层(5)
多重离子氛
1. 如图2所示,在任一离子(中心离子)q0的离子氛中任一离子qi ,它的离子氛的一部分(蓝色区域)在中心离子q0的离子氛之外,表明中心离子q0的离子氛中离子对离子氛外的离子存在静电作用。
2. 中心离子q0的离子氛中主导离子,即离子氛中多数离子与中心离子荷电符号相反;中心离子q0的离子氛与中心离子荷电等量异号。
3. 中心离子q0的离子氛中全部离子对离子氛外的静电作用,即中心离子q0的离子氛的对外静电作用,等价于中心离子的,但其荷电符号变为相反。
4. 在中心离子的离子氛(第1离子氛)外存在一个大的离子氛(第2离子氛)。其与中心离子的离子氛荷电等量异号。
5. 同理,在中心离子的第2离子氛外存在一个更大的离子氛(第3离子氛)。…,在第n离子氛外存在第n+1离子氛,即多重离子氛存在。n为自然数。如图3所示。
6. 多重离子氛中,相邻离子氛(第n离子氛与第n+1离子氛),荷电等量异号。
多重德拜球层
1. 如图2所示,在任一荷电粒子(中心荷电粒子)q0的德拜球中任一荷电粒子qi ,它的德拜球的一部分(蓝色区域)在中心荷电粒子q0的德拜球之外,表明中心荷电粒子q0的德拜球中荷电粒子对德拜球外的荷电粒子存在静电作用。
2. 中心荷电粒子q0的德拜球中主导荷电粒子,即德拜球中多数荷电粒子与中心荷电粒子荷电符号相反;中心荷电粒子q0的德拜球与中心荷电粒子荷电等量异号。
3. 中心荷电粒子q0的德拜球中全部荷电粒子对德拜球外的静电作用,即中心荷电粒子q0的德拜球的对外静电作用,等价于中心荷电粒子的,但其荷电符号变为相反。
4. 在中心荷电粒子的德拜球(第1德拜球层)外存在一个大的德拜球层(第2德拜球层)。其与中心荷电粒子的德拜球荷电等量异号。
5. 同理,在中心荷电粒子的第2德拜球层外存在一个更大的德拜球层(第3德拜球层)。…,在第n德拜球层外存在第n+1德拜球层,即多重德拜球层存在。n为自然数。如图3所示。
6. 多重德拜球层中,相邻德拜球层(第n德拜球层与第n+1德拜球层),荷电等量异号。
图1.离子氛或德拜球
图2.离子氛中离子对外作用或德拜球层中荷电粒子对外作用
q0表示中心离子,或中心荷电粒子;
qi表示离子氛中任一离子,或德拜球中任一荷电粒子;
红色虚线圈表示离子q0的离子氛,或荷电粒子q0的德拜球;
绿色虚线圈表示离子qi的离子氛,或荷电粒子qi的德拜球;
蓝色区域表示离子qi的离子氛占据的离子q0的离子氛外的区域,或荷电粒子qi的德拜球占据的荷电粒子q0的德拜球外的区域。
图3.多重离子氛或多重德拜球层
讨论
1. 由于多重离子氛的存在,相邻离子氛荷电等量异号,中心离子的电场不能被屏蔽在离子氛(第一离子氛)内。中心离子的电场通过多重离子氛,交替变换(电场的)方向,对中心离子外部的离子作用。
2. 由于多重德拜球层的存在,相邻球层荷电等量异号,中心荷电粒子的电场不能被屏蔽在德拜球(第一德拜球层)内。中心荷电粒子的电场通过多重德拜球层,交替变换(电场的)方向,对中心荷电粒子外部的荷电粒子作用(6,7)。
3. 依据1,2,可展示出万有引力的起源(8)。
结论
1. 在电解质溶液中任一离子外多重离子氛存在;在等离子体中任一荷电粒子外多重德拜球层存在。
2. 中心离子的电场不能被离子氛(第一离子氛)屏蔽,中心离子的电场通过多重离子氛,交替变换(电场)方向,对中心离子外部的离子作用;中心荷电粒子的电场不能被德拜球(第一德拜球层)屏蔽。中心荷电粒子的电场通过多重德拜球层,交替变换(电场)方向,对中心荷电粒子外部的荷电粒子作用。
参考文献
1. Debye, P. and Hückel, E. (2019) The Theory of Electrolytes. I. Freezing Point Depression and Related Phenomenon. Physikalische Zeitschrift, 24, 185-206.
2. Atkins, P. and de Paula, J. (2016) Physical Chemistry: Thermodynamics, Structure, and Change. 10th Edition, 227-230.
3. 胡英,《物理化学》,第四版,192-197,ISBN:7040085520
4. 物理化学,
5. 池德龙,电解质溶液中荷电粒子统计热运动-德拜球层(离子氛)与多重德拜球层
https://blog.sciencenet.cn/blog-3474929-1293150.html
6. Debye length, https://en.wikipedia.org/wiki/Debye_length
7. 李银安 ,等离子体的定义问题,
https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/pdf/preview/28911.pdf
8. Delong,Chi,Multiple Debye Spherical Layers and Universe —Gravitation Originates from Electric force
https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=108056
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