Ионизация

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

Солнечный ветер, движущийся через магнитосферу, изменяет движение заряженных частиц в термосфере или экзосфере Земли, и возникающая в результате ионизация этих частиц заставляет их излучать свет разного цвета, образуя таким образом полярные сияния вблизи полярных регионов.
Солнечный ветер, движущийся через магнитосферу, изменяет движение заряженных частиц в термосфере или экзосфере Земли, и возникающая в результате ионизация этих частиц заставляет их излучать свет различного цвета, образуя таким образом полярные сияния вблизи полярных регионов Земли.

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:  .

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:

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

Галерея править

Примечания править

  1. ionization (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. Большая российская энциклопедия. Электронная версия (2016). Дата обращения: 7 июля 2023. Архивировано 7 июля 2023 года.
  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.

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.