Ионизация

Ионизация

Образование электрически заряженных частиц - свободных электронов и ионов из электрически нейтральных частиц среды.

Ионизация может осуществляться путем отрыва от атома, входящего в состав молекулярной частицы, одного или нескольких электронов с образованием иона или за счет перехода электрона (электронов) от одной частицы к другой с приобретением ими зарядов.

Общее описание

Отрыв от химической частицы или атома одного, или нескольких электронов с образованием положительного иона (в электрохимических процессах, под воздействием ионизирующего излучения).

Потеря электрона одно-, двух- и более зарядными катионами называется вторичной, третичной и т. д. ионизацией (эта терминология используется в частности в масс-спектрометрии).

Процесс перехода электрона (электронов) от одной химической частицы к другой с приобретением частицами зарядов (это касается таких частиц, которые образуются при диссоциации нейтральной молекулы), при этом образуются как свободные ионы, так и разные типы ионных пар. Данный процесс может происходить под действием растворителя и в результате гетеролитических реакций. Термин не является синонимом диссоциации, хотя часто используется в этом значении.

Ионизация в газах

Молекулы реальных газов при нормальных условиях являются электрически нейтральными, и поэтому газы, в таком случае, не проводят электрического тока.

Благодаря этому, например, наэлектризованные тела в сухом воздухе способны долго сохранять свои заряды.

Электропроводящими газы могут стать только при условии появления в них свободных носителей тока, в результате ионизации под воздействием внешних возбудителей - ионизаторов, которыми могут служить космические, ультрафиолетовые, рентгеновские, радиоактивные (α-, β-, γ-) лучи, быстрые потоки электронов и других заряженных частиц или нагрев.

В этих условиях происходит отщепление одного из электронов от молекулы газа с образованием положительного иона. При дальнейшем отщеплении электрон может присоединиться к какой-то другой нейтральной молекуле, образуя отрицательный ион.

Возможна и многократная ионизация молекул. В некоторых газах (азот, водород) отщепленные электроны сохраняют способность самостоятельного движения.

Чтобы оторвать электрон от молекулы (атома) нужно выполнить определенную работу ионизации для преодоления сил его взаимодействия с другими частицами молекулы (атома). Эта работа, которую измеряют в электрон-вольтах, зависит от химической природы газа и энергетического состояния электрона в молекуле и находится в большинстве газов в пределах от 5 до 25 Эв.

Ударная ионизация газа происходит вследствие неупругого взаимодействия его молекул с ускоренными в электрическом поле электронами и ионами, которые приобретают достаточную для этого процесса кинетическую энергию. В случае электрона данную кинетическую энергию ищут по формуле:

$\frac{m{{v}^{2}}}{2}=eU$

где $U$ – ускоряющее напряжение электрического поля. Учитывая законы сохранения энергии и импульса для неупругого соударения, получают выражение:

$\frac{m{{v}^{2}}}{2}=A(1+\frac{m}{M})$

которое означает, что за счет кинетической энергии электрона, приобретенной им в электрическом поле на пути свободного пробега, в случае неупругого соударения, происходит работа ионизации $А$ и движение частиц после взаимодействия. Так, минимальная кинетическая энергия электрона для обеспечения процесса ударной ионизации несколько превышает работу ионизации.

Наряду с ионизацией газа постоянно происходит и обратный процесс – рекомбинация, то есть восстановление нейтральных молекул в процессе взаимодействия разноименно заряженных ионов.

Не получается самостоятельно разобраться с темой? Заказать написание статьи по физике!

Тест по теме «Ионизация»