負(fù)離子是什么

一、負(fù)離子是什么

　　1、空氣離子的基本概念

　　空氣中帶正電荷或負(fù)電荷的微粒(如氧分子)稱為空氣離子(如氧離子)。一個負(fù)氧離子所帶的電荷與一個電子的電荷相等。

　　元素的原子由原子核(包括質(zhì)子和中子)和電子組成，電子圍繞原子核旋轉(zhuǎn)。原子核中的質(zhì)子呈正極性，中子呈中性，電子呈負(fù)極性。在通常情況下，電子的負(fù)電荷和質(zhì)子的正電荷相等，兩者平衡使原子的總電荷量為0。

　　在某些外界能量的作用下，原子外層的電子運(yùn)動的速度加快到一定程度時，會逸出軌道與其他中性原子結(jié)合，這一原子“俘獲”電子之后負(fù)電荷量增加，呈現(xiàn)負(fù)極性，我們稱之為“負(fù)離子”。而失去電荷的原子負(fù)電荷量減少，呈現(xiàn)正極性，我們稱之為“正離子”。

　　2、空氣負(fù)離子的產(chǎn)生

　　空氣是由氧、氮、水蒸氣、二氧化碳等多種氣體組成的氣體混合物，在正常情況下，氣體分子及原子內(nèi)的正負(fù)電荷相等，呈現(xiàn)中性。

　　在宇宙射線、太陽光線、電磁波、巖石和土壤的射線、海浪、瀑布以及各種氣象活動所產(chǎn)生的能量作用下，氣體分子中某些原子的外層電子會離開軌道，成為自由電子，呈負(fù)電極性，而失去一些電子的原子呈正電極性，這一現(xiàn)象稱為“空氣的電離”。

　　游離的自由電子又會與其它中性的分子相結(jié)合，使得到多余電子的氣體分子呈負(fù)電極性，被稱為“空氣負(fù)離子”。

　　組成空氣的各種氣體分子之中，氧氣和二氧化碳分子“捕獲”自由電子的能力較強(qiáng)，而氧氣在空氣中所占的比例較大，因此空氣電離產(chǎn)生的自由電子大部分被氧氣分子“捕獲”，形成負(fù)氧離子，這就是通常所說的“負(fù)離子”。

二、負(fù)離子與自然環(huán)境

　　1、自然界中的負(fù)離子

　　自然界中小的空氣離子在宇宙外來射線、地球物質(zhì)的放射性、雷電、風(fēng)暴、瀑布、海浪的沖擊下不斷產(chǎn)生?？諝獾恼⒇?fù)離子，按其遷移率大小可分為大、中、小離子。

　　離子遷移率大于0.4平方厘米/伏特·秒為小離子，小于0.04平方厘米/伏特·秒為大離子，介于兩者之間則為中離子。接近分子大小的荷電原子團(tuán)或分子團(tuán)，都屬于小的空氣離子。這些小的空氣離子具有高的運(yùn)動速度，在大氣中互相碰撞，又不斷聚集，形成大離子或中離子。

　　只有小離子、或稱之為小離子團(tuán)才能進(jìn)入生物體。而其中的小負(fù)氧離子、或稱之為小負(fù)氧離子團(tuán)，則有良好的生物活性。在大氣環(huán)境中，空氣分子濃度為2.7×10¹⁹個 /cm³，其中小離子濃度僅為10²～10³個/cm³，但它們卻以自身微小的粒子、正或負(fù)的電荷、高生物活性影響著大氣環(huán)境的質(zhì)量，以至整個地球生態(tài)平衡。

　　2、自然界正負(fù)離子的平衡

　　負(fù)離子在不同的環(huán)境下存在的“壽命”不等。在潔凈空氣中，負(fù)離子的壽命有幾分鐘，而在灰塵多的環(huán)境中僅有幾秒鐘。在特定的環(huán)境下，小的空氣離子在不斷產(chǎn)生，又不斷衰減，而維持在一定的濃度范圍內(nèi)，正、負(fù)離子數(shù)字的比例亦維持在一個平衡常數(shù)。

　　根據(jù)國外某文獻(xiàn)資料報告，二十世紀(jì)初期，地球大氣中正負(fù)離子的比例為 1：1.2 ，而現(xiàn)代地球大氣中正負(fù)離子的比例為 1.2：1。僅僅相隔一個世紀(jì)，地球大氣的正負(fù)離子平衡狀態(tài)發(fā)生了逆轉(zhuǎn)的變化，現(xiàn)在的我們的生存環(huán)境已經(jīng)被濃厚的正離子團(tuán)團(tuán)圍住。

　　我們必須在現(xiàn)代社會活動中遏制和預(yù)防正離子的發(fā)生量，采取積極有效的措施增加大氣環(huán)境中的負(fù)離子的比例，使我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境條件得到改善。

　　3、自然環(huán)境的負(fù)離子濃度

　　大氣環(huán)境中空氣離子濃度受地球環(huán)境的物理特性、氣候、季節(jié)、時間變化及大氣中污染物變化所影響。空氣離子的濃度、極性、大小是評價環(huán)境質(zhì)量、環(huán)境污染程度、天氣好壞以及對人類帶來哪些影響的重要標(biāo)尺。

　　由于各種自然條件和居住環(huán)境中激發(fā)空氣電離的能量不同，大氣溫度、濕度與氣壓的不斷變化，在各種環(huán)境中空氣負(fù)離子的數(shù)值有很大的差異。

三、不同自然環(huán)境對空氣負(fù)離子濃度的影響

　　空氣負(fù)離子(negative air ion，空氣負(fù)離子)被定義為:“空氣分子在宇宙射線、紫外線、微量元素輻射、雷擊閃電等作用下發(fā)生電離，Z外層電子逃逸變成自由電子，當(dāng)自由電子與其他中性氣體分子結(jié)合后，即形成帶負(fù)電的空氣負(fù)離子”。

　　自然界中空氣負(fù)離子的主要來源有以下三個方面：

　　diyi種來源是電離作用，即如上定義所述。

　　第二種來源，是水的Lenard效應(yīng)。自然界中的瀑布、海浪或暴雨等水體在重力作用下形成外加剪切力剝離大水滴形成水霧，水霧從水滴表面脫離時會帶上電荷，產(chǎn)生大量空氣負(fù)離子。

　　第三種來源，是森林的樹木、枝葉的放電以及綠色植物的光合作用形成的光電效應(yīng)。這會促使空氣電解，從而產(chǎn)生空氣負(fù)離子。

　　1、城市環(huán)境對空氣負(fù)離子濃度的影響

　　關(guān)于空氣負(fù)離子與城市環(huán)境關(guān)系的研究，在發(fā)達(dá)國家和我國都是研究的熱點(diǎn)課題。研究發(fā)現(xiàn)，空氣負(fù)離子濃度高，空氣質(zhì)量就高，人就感覺舒服，對人體健康有益。反之，空氣負(fù)離子濃度越低，且正離子和負(fù)離子的比值越大，空氣質(zhì)量就越差，對人體健康越不利。

　　城市環(huán)境是自然與人工復(fù)合的環(huán)境，使得城市的空氣負(fù)離子濃度在時間空間上的分布比較復(fù)雜?？諝庳?fù)離子濃度明顯的日變化和季節(jié)變化受控于不同環(huán)境下離子生成率的時間變化。一般，一年四季中夏季空氣負(fù)離子濃度Z高，冬季Z低。一天中，空氣負(fù)離子濃度一般表現(xiàn)出雙峰曲線。

　　人們掌握了城市中空氣負(fù)離子濃度的變化規(guī)律后，就能根據(jù)規(guī)律選擇空氣負(fù)離子濃度高的時段進(jìn)行日常戶外鍛煉和戶外活動，從而獲得Z大的保健效益。

　　2、海濱環(huán)境對空氣負(fù)離子濃度的影響

　　海濱環(huán)境中，由于海浪沖擊海岸和拍打礁石或砂粒引起海水破碎后濺起的水花中產(chǎn)生大量自由電子、小水滴中的電子飛入空氣中與氧氣結(jié)合產(chǎn)生空氣負(fù)離子;也由于海陸差異產(chǎn)生的海陸風(fēng)對空氣負(fù)離子的產(chǎn)生非常有利。

　　海濱人口居住分散，人口和城市代謝物少，這也有利于空氣負(fù)離子的生成;加之海濱植物光合作用、放電以及濕地水體的水汽蒸發(fā)等綜合作用，決定了海濱環(huán)境中空氣負(fù)離子的高濃度。在海濱環(huán)境中，人會感覺空氣清新，可能和空氣負(fù)離子的高濃度有關(guān)。

　　3、森林環(huán)境對空氣負(fù)離子濃度的影響

　　森林是人類居住Z少的區(qū)域，森林的樹冠、枝葉的放電以及光合作用過程的光電效應(yīng)會促使空氣電解，而且，植物釋放的某些揮發(fā)性物質(zhì)也有促進(jìn)空氣電離的作用，這使得森林環(huán)境中的空氣負(fù)離子濃度比較大。

　　因此，越來越多的人選擇森林環(huán)境作為健康休閑度假場所。目前，森林空氣負(fù)離子濃度已成為評價旅游區(qū)保健功能的重要指標(biāo)之一。這為森林旅游資源豐富的區(qū)域提出了保持和提升空氣負(fù)離子含量的新課題，以滿足人們不斷增長的生態(tài)旅游需要。

四、負(fù)離子與人類健康

　　1、人類對空氣負(fù)離子的感受

　　在自然界中，大氣離子雖然看不見摸不著，但人們卻可以感受到負(fù)離子的存在。雷電過后，因?yàn)殡姄粼诳諝庵挟a(chǎn)生了大量的負(fù)離子，野外的空氣會格外清新;在海洋中除了雷電，海浪頻繁的涌動也會產(chǎn)生大量的負(fù)離子，被海風(fēng)帶到海邊，海邊空氣會令人心曠神怡。

　　相反，大氣中過多的正離子會引起失眠、頭疼、心煩、血壓升高等反應(yīng)。例如在狂風(fēng)飛沙之日，在人群密集、空氣污濁的場所，空氣正離子數(shù)量驟增，會給人以心煩意亂，頭疼疲乏之感。

　　因此，負(fù)離子濃度的高低與人們的健康息息相關(guān)，人們時刻需要負(fù)離子，尤其在污染日益嚴(yán)重的今天。

　　2、負(fù)離子的性質(zhì)和功效

　　空氣中正離子多為礦物離子、氮離子等，負(fù)離子多為氧離子和水合羥基離子等?？諝庵械男∝?fù)氧離子、或稱之為小負(fù)氧離子團(tuán)，具有良好的生物活性。

　　正離子會從其它元素的原子奪取穩(wěn)定的電子，產(chǎn)生氧化作用。反之，負(fù)離子會把電子給與其他元素的原子使之性能穩(wěn)定，產(chǎn)生還原作用。氧化作用會使金屬腐蝕、身體老化、食品腐敗，而還原作用會防止金屬的氧化腐蝕、幫助身體元?dú)獾幕謴?fù)、延長食物的保鮮時間。

　　負(fù)離子對正離子的中和作用，可以產(chǎn)生除臭、除塵、防腐、抗菌、保鮮、煙霧和甲醛的分解、空氣凈化的效果。

　　3、負(fù)離子對環(huán)境和健康的作用

　　小粒徑負(fù)氧離子對人體的作用，主要是通過肺部呼吸的途徑，可加速呼吸道上皮纖毛運(yùn)動，體液進(jìn)入血液后，放出電荷，作用于細(xì)胞、蛋白質(zhì)，反射刺激內(nèi)感受器官，通過神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)，作用于大腦神經(jīng)及植物神經(jīng)系統(tǒng)，直到影響神經(jīng)能。

　　負(fù)氧離子被吸入人體后，能調(diào)節(jié)神經(jīng)的興奮狀態(tài)，改善肺的換氣功能，改善血液循環(huán)，促進(jìn)新陳代謝、增強(qiáng)免疫系統(tǒng)能力、使人精神振奮、提高工作效率等等。它還對高血壓、氣喘、流感、失眠、關(guān)節(jié)炎等許多疾病有一定的治療作用，所以人稱負(fù)離子為“空氣中的維生素”。

五、自然界負(fù)離子的產(chǎn)生途徑

　　1、空氣分子的電離

　　形成空氣負(fù)離子的一個必要條件是空氣中要有自由電子存在。中性的空氣分子在電場、撞擊、宇宙射線、放射性物質(zhì)等外部因素作用下會發(fā)生電離，一些外層電子將獲得足夠的能量從而擺脫原子核的束縛，逃逸到外部空間成為自由電子。

　　由于空氣中的氮?dú)馀c電子的親和力很小，所以，絕大部分的自由電子則會被空氣中氧分子、水分子以及正離子所捕獲，形成空氣離子。這些空氣離子再將其周圍的幾個到十幾個中性分子或原子吸附在一起，形成帶電荷的小分子團(tuán)，稱為小離子。小離子在空氣中繼續(xù)與其它微粒結(jié)合，則形成中離子甚至大離子。

　　2、水的噴射電效應(yīng)(又稱雷納德效應(yīng))

　　當(dāng)水與空氣接觸的界面受到某種強(qiáng)剪力時，就會導(dǎo)致水分子間的“H鍵”斷裂從而在水體表面分離出細(xì)小的霧狀水滴，霧狀水滴相互撞擊使得霧狀水滴進(jìn)一步破碎成大小不等的水分子團(tuán)。

　　同時，再與空氣分子摩擦并導(dǎo)致部分水分子內(nèi)部“H-O鍵”斷裂，促使正負(fù)電荷的分離。一般較大的水分子團(tuán)帶上正電荷，較小的水分子團(tuán)與空氣分子則會帶上負(fù)電荷，從而形成負(fù)離子。

　　正如瀑布水體從高處高速跌落，噴泉水體高速噴射時與周圍空氣高速摩擦而霧化并產(chǎn)生大量負(fù)離子，所以，瀑布、噴泉周圍負(fù)離子濃度相對較高，暴雨過后我們同樣也能感覺到空氣格外清新，也有暴雨過程中，雨滴和空氣高速摩擦產(chǎn)生大量負(fù)離子的因素。

　　3、植物的放電及光合作用

　　晴天地面以上大氣電場的電勢差約為100 V/m，植物葉片的末端形狀一般比較尖細(xì)，如同避雷針，容易積累電荷，葉片附近的電場強(qiáng)度則高出周圍空間很多倍，當(dāng)電場強(qiáng)度足夠大時則會擊穿空氣而產(chǎn)生放電現(xiàn)象，即“放電”。

　　放電過程會導(dǎo)致空氣分子電離產(chǎn)生自由電子，與氧氣分子或水分子結(jié)合后便形成了空氣負(fù)離子。植物葉片在進(jìn)行光合作用時也會向大氣釋放一些自由電子，太陽光子轟擊葉綠體，葉綠素中的電子會發(fā)生能級躍遷，而且這些電子能量極高，極易在太陽光子的轟擊下脫離葉綠體，逃逸到大氣中去，進(jìn)而與空氣中的氧分子和水分子等結(jié)合成負(fù)離子。

　　據(jù)統(tǒng)計，空氣負(fù)離子濃度以瀑布周圍Z高，山林次之，田野較低，城市Z低(約300~600個/cm³)。地面空氣負(fù)離子的濃度主要取決于該地區(qū)的日照環(huán)境、植被的葉片類型及數(shù)量等。

六、人工方式產(chǎn)生負(fù)離子

　　1、電暈放電

　　電暈放電在一對電極上施加高電壓，其中，高壓正極連接大地，高壓負(fù)電極連接在一根極細(xì)的針狀電極或具有很小曲率半徑的其他導(dǎo)體上。

　　類似植物的放電效應(yīng)，在針狀負(fù)極區(qū)電場強(qiáng)度Z高，空氣中電離產(chǎn)生的自由電子庫侖力的推動下，被很快加速到很高的速度，并與其它空氣分子發(fā)生碰撞，將分子內(nèi)的電子打出，新的自由電子又被電場加速并繼續(xù)與其他分子碰撞，此過程瞬間重復(fù)多次，被打出的電子呈指數(shù)級增加。

　　失去電子的正離子被加速引向負(fù)極，釋放電荷。而自由電子則加速向正極方向擴(kuò)散，由于正極面積比負(fù)極大，電場強(qiáng)度遠(yuǎn)小于負(fù)極，電子所受到的電場力逐漸減小，能量則會逐步降低，則可以被空氣分子捕獲形成大量的空氣負(fù)離子，一般負(fù)離子在到達(dá)正極之前就會被風(fēng)扇吹出電場區(qū)域。

　　2、水噴射技術(shù)

　　水噴射技術(shù)是利用動力設(shè)備把水加壓后從噴頭高速噴出而霧化，霧化后的水滴與空氣摩擦而產(chǎn)生大量負(fù)離子，其原理與水噴射電效應(yīng)基本相同。對于水噴射技術(shù)的研究表明：水體沖擊越強(qiáng)烈，霧化越充分，產(chǎn)生空氣負(fù)離子的濃度也就越大。此外，還與環(huán)境溫度，水體電解質(zhì)等因素有關(guān)。

　　水噴射型空氣負(fù)離子發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是不產(chǎn)生有害氣體，但設(shè)備結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、成本較高、使用環(huán)境的濕度較大。我國已研制成功強(qiáng)力負(fù)離子噴泉，采用高壓水射流噴射裝置，從一個直徑2 mm的噴口中就能發(fā)射出100萬億個以上的負(fù)離子。

　　3、放射性物質(zhì)輻射法

　　某些能放射α粒子的放射性同位素是Z有效的離子發(fā)生器，如釙210的一個α粒子，可以產(chǎn)生約15萬個離子對，它可以把氮和氧的電子打出來，從而獲得大量的空氣離子，其中，負(fù)氧離子的數(shù)量相對較高，這一技術(shù)主要用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

　　此外，還有電荷分離技術(shù)、紫外線照射技術(shù)、熱離子發(fā)射技術(shù)等，不足的是紫外照射技術(shù)會產(chǎn)生大量的臭氧。目前，熱離子發(fā)射技術(shù)獲得的負(fù)離子大多數(shù)是大離子，只有小部分是對人體有益的小離子。

　　負(fù)離子對于人體健康有著顯著作用，大自然環(huán)境中的負(fù)離子必然優(yōu)于人工負(fù)離子，所以，我們應(yīng)當(dāng)多去戶外活動。尤其是大雨過后，常去森林、瀑布、田野等地方走走，會讓人覺得身心舒暢。

　　由于我們?nèi)粘Ｉ瞽h(huán)境的負(fù)離子很難達(dá)到有益健康的濃度水平，為改善這一狀況則主要依靠負(fù)離子發(fā)生器產(chǎn)生人工負(fù)離子，但并非所有的負(fù)離子發(fā)生器都能產(chǎn)生真正意義上的負(fù)離子。只有采用了負(fù)離子轉(zhuǎn)換器技術(shù)、納子富勒烯負(fù)離子釋放器技術(shù)才能產(chǎn)生有益健康的小粒徑負(fù)離子。

　　負(fù)離子發(fā)生器的放置位置一定要適當(dāng)遠(yuǎn)離人體，注意開窗通風(fēng)，并確保室內(nèi)電器有可靠的接地措施，配合加濕器使用效果更好。此外，室內(nèi)微生態(tài)水體以及小型噴泉也有助于增加冬季室內(nèi)空氣濕度和負(fù)離子濃度。