Ионизация

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

Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.

Положительно заряженный ион образуется, если электрон в молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу. Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.

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

Классическая ионизация[править | править код]

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 | править код]

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 | править код]

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 | править код]

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 тяготения электрона к ядру — возникает квантовая ионизация.

Методы ионизации[править | править код]

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 ионизация. Если какая-либо частица с массой m (электрон, ион или нейтральная молекула), 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 | править код]

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^[1].

Литература[править | править код]

Котельников И. А. Лекции по физике плазмы. Том 1: Основы физики плазмы. — 3-е изд. — СПб.: Лань, 2021. — 400 с. — ISBN 978-5-8114-6958-1.

Примечания[править | править код]

↑ Woolston, Chris. It'll quench your thirst, of course. But whether ionized water can slow aging and fight disease is another matter, Los Angeles Times (22 января 2007). Архивировано 16 января 2011 года. Дата обращения: 30 октября 2008.

[latimes-1] Woolston, Chris. It'll quench your thirst, of course. But whether ionized water can slow aging and fight disease is another matter, Los Angeles Times (22 января 2007). Архивировано 16 января 2011 года. Дата обращения: 30 октября 2008.

[1]