Ионизация

Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул. Ионизация - один из основных путей передачи энергии ионизирующим излучением веществу^[1].

Положительно заряженный ион образуется, если один или несколько электронов в атоме (или молекуле) получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу^[2]. Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии. Если вещество состоит из ионно связанных молекул, то при ионизации в нём образуются пары положительно и отрицательно заряженных ионов.

Принято различать ионизацию двух типов — последовательную (классическую) и квантовую, не подчиняющуюся некоторым законам классической физики.

Эффективностью ионизации называется отношение образовавшихся ионов к числу задействованных для этого электронов или фотонов^[3].

Классическая ионизация править

Аэроионы, кроме того, что они бывают положительными и отрицательными, разделяются на лёгкие, средние и тяжёлые ионы. В свободном виде (при атмосферном давлении) электрон существует не более, чем 10⁻⁷ — 10⁻⁸ секунды.

Ионизация в электролитах править

Электролиты — вещества, растворённые в воде. К электролитам относятся растворимые соли, кислоты, гидроксиды металлов. В процессе растворения молекулы электролитов распадаются на катионы и анионы. Фарадей, полагаясь на данные, полученные из экспериментов с электролизом, вывел формулу о пропорциональности массы m к заряду Δq, который прошёл через электролит, или о пропорциональности массы m к силе тока I и времени Δt: $m=k\cdot \Delta q=k\cdot I\cdot \Delta t$ .

Ионизация в газах править

Газы по большей мере состоят из нейтральных молекул. Однако если часть молекул газов ионизируется, газ проводит электрический ток. Есть три основных способа ионизации в газах:

Термическая ионизация — ионизация, при которой необходимую энергию для отрыва электрона от атома дают столкновения между атомами вследствие повышения температуры;
Ионизация электрическим полем — ионизация вследствие повышения значения напряженности внутреннего электрического поля выше предельного значения. Из этого следует отрыв электронов от атомов газа.
Ионизация ионизирующим излучением

Квантовая ионизация править

В 1887 году Генрих Герц установил, что под действием света из тела могут вырываться электроны — было открыто явление фотоэффекта. Это не согласовывалось с волновой теорией света — она не смогла объяснить законы фотоэффекта и наблюдаемое разделение энергии в спектре электромагнитного излучения. В 1900 году Макс Планк установил, что тело может поглощать или испускать электромагнитную энергию только специальными порциями, квантами. Это дало теоретическую основу для объяснения явлений фотоэффекта. Чтобы объяснить явления фотоэффекта, в 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул гипотезу про существование фотонов как частиц света, что позволяет объяснить квантовую теорию — фотоны, которые способны поглощаться или излучаться как целое одним электроном, придают ему достаточную кинетическую энергию для преодоления силы кулоновского притяжения электрона к ядру — возникает квантовая ионизация.

Методы ионизации править

Методы, использующиеся для ионизации проводящих материалов:

Искровая ионизация: за счёт разницы потенциалов между кусочком исследуемого материала и другим электродом возникает искра, вырывающая с поверхности мишени ионы.

Ионизация в тлеющем разряде происходит в разрежённой атмосфере инертного газа (например, в аргоне) между электродом и проводящим кусочком образца.

Ударная (столкновительная) ионизация^[4]. Если какая-либо частица с массой m (электрон, ион, нейтральная молекула или субатомная частица), летящая со скоростью V, столкнётся с нейтральным атомом или молекулой, то кинетическая энергия летящей частицы может быть затрачена на совершение акта ионизации, если эта кинетическая энергия не меньше энергии ионизации.

См. также править

Деионизация
Ионизация в индуктивно-связанной плазме
Поверхностная ионизация
Ионизатор
Ионизатор воды — устройство, которое ионизирует воду и, несмотря на отсутствие эмпирических данных, подтверждающих пользу ионизированной воды для здоровья человека, продаётся в качестве антиоксидантов, замедляющих процесс старения и предотвращающих болезни^[5].

Галерея править

Энергия ионизации некоторых чистых химических элементов. На пиках находятся инертные газы

Примечания править

↑ ionization (англ.). Encyclopedia Britannica. Дата обращения: 7 июля 2023.
↑ Наумовец А. Г. Ионизация // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — С. 193. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.
↑ Todd J. F. J. Recommendations for nomenclature and symbolism for mass spectroscopy (including an appendix of terms used in vacuum technology) // Pure and Applied Chemistry. — 1991. — Vol. 63, № 11. — P. 1548. — doi:10.1351/pac199163101541.
↑ Кудрявцев А. А. ИОНИЗАЦИЯ (рус.). Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016). Дата обращения: 7 июля 2023. Архивировано 7 июля 2023 года.
↑ Woolston, Chris (2007-01-22). "It'll quench your thirst, of course. But whether ionized water can slow aging and fight disease is another matter". Los Angeles Times. Архивировано из оригинала 16 января 2011. Дата обращения: 30 октября 2008.

Литература править

Райзер Ю. П. Физика газового разряда. — 3-е изд., переработанное и дополненное. — Долгопрудный: Интеллект, 2009. — 734 с. — ISBN 978-5-91559-019-8.

[1] zation (англ.). Encyclopedia Britannica. Дата обращения: 7 июля 2023.

[2] Наумовец А. Г. Ионизация // Физическая энциклопедия : [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2: Добротность — Магнитооптика. — С. 193. — 704 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-85270-061-4.

[3] Todd J. F. J. Recommendations for nomenclature and symbolism for mass spectroscopy (including an appendix of terms used in vacuum technology) // Pure and Applied Chemistry. — 1991. — Vol. 63, № 11. — P. 1548. — doi:10.1351/pac199163101541.

[4] Кудрявцев А. А. ИОНИЗАЦИЯ (рус.). Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016). Дата обращения: 7 июля 2023. Архивировано 7 июля 2023 года.

[latimes-5] Woolston, Chris (2007-01-22). "It'll quench your thirst, of course. But whether ionized water can slow aging and fight disease is another matter". Los Angeles Times. Архивировано из оригинала 16 января 2011. Дата обращения: 30 октября 2008.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]