ионизация
Ионизация - это любой процесс, в котором один или несколько электронов удаляются из атома или молекулы, так что атом или молекула остаются в виде положительно заряженного иона ( катиона ). Обратный процесс, при котором электрон захватывается положительно заряженным атомом или молекулой, называется рекомбинацией .
Еще одна форма ионизации, которая особенно актуальна в химии, - это присоединение электронов к нейтральному атому или молекуле, в результате чего создается отрицательно заряженный ион ( анион ). Также химическая ионизация осуществляется путем добавления ионов (протонов, катионов, анионов), например. Б. в масс-спектрометрии .
Если ядро атома выталкивается из электронной оболочки - например, Б. быстрым нейтроном - он тоже становится ионом. Однако термин ионизация для этого процесса не является общим.
В литературе также встречаются такие составы, как «кислоты, дающие слабонуклеофильные анионы при ионизации - таковые. B. HSO 4 - из H 2 SO 4 - может быть разложен на […] ». В более широком смысле отщепление протона в кислотно-основной реакции также можно отнести к термину ионизация.
Механизмы
К ионизации могут привести различные процессы:
- Ионизирующее излучение (включая, например, ускоренные электроны в тиратронной трубке) может « выбить » электроны из их связи посредством ударной ионизации . Освободившиеся электроны, в свою очередь, могут ионизировать дальше, если у них достаточно энергии. При достаточно высокой температуре электрон, ион или нейтральный атом также могут вызывать ударную ионизацию без дополнительного ускорения частиц из-за своего неупорядоченного температурного движения.
- При полевой ионизации электроны освобождаются от их связи под действием достаточно сильного электрического поля .
- Высоковозбужденные атомы могут автоматически переходить в ионизированное состояние посредством автоионизации . Полевая ионизация - это, по сути, процесс автоионизации, т.е. То есть сильно возбужденный атом или молекула спонтанно теряет электрон без дальнейшего взаимодействия с источником энергии.
Символическое написание
Для описания процесса ударной ионизации часто используются такие символы, как (e, 2e), (e, 3e), (γ, 2e) и т. Д. - аналогично обозначениям в ядерных реакциях . Первый символ в скобках обозначает снаряд. После десятичной точки следуют образовавшиеся свободные частицы (помимо ионизированного атома и включая снаряд, при условии, что он не поглощается - как в случае фотона ). Например, «2e» означает, что два свободных электрона покидают атом. В (e, 2e) одиночный ионизированный атом образуется в результате столкновения электрона с атомом, в (γ, 2e) дважды ионизированный атом образуется в результате взаимодействия фотона с атомом.
Энергии ионизации
Для всех процессов ионизации необходимо приложить энергию для отделения электрона от атома или молекулы ( энергия ионизации ). В предыдущем разделе были упомянуты возможные источники этой энергии. Энергия ионизации обычно составляет порядка нескольких электрон-вольт (например, аргон в основном состоянии: 15,7 эВ). Энергии ионизации зависят от ионизируемого материала и его текущего состояния возбуждения. Дальнейшая ионизация атомов или молекул , которые уже были ионизированы, становится все труднее . Энергия ионизации увеличивается экспоненциально с каждым электроном, удаляемым из электронной оболочки.
плазма
Плазма - это вещество с достаточно высокой долей свободных ионов и электронов, то есть с высокой ионизацией. Это качественное определение не ограничивается газами с низкой плотностью, но также включает сжатое вещество со свойствами жидкости. В случае газов различают плазму низкого , атмосферного и высокого давления . Почти вся видимая материя во Вселенной более или менее сильно ионизирована.
Примеры применения
Воздух, ионизированный с помощью ионизаторов , то есть электропроводящий воздух, используется при обработке продуктов, которые могут стать электростатически заряженными, например Б. Рулоны фольги или бумаги. Электропроводность воздуха снижает заряд и, таким образом, устраняет риск искр и притяжения нежелательных частиц пыли. Транспорт также стал проще.
Уровень содержания ионов в естественных условиях и в помещениях:
- В непосредственной близости от водопадов 20 000–70 000 ионов / см³
- В горах или у моря 4 000–10 000 ионов / см³
- На окраинах, на лугах и в полях 1000–3000 ионов / см³
- Внутригородские парки 400–600 ион / см³
- В городе и агломерации 200–500 ион / см³
- В вентилируемых или кондиционируемых помещениях 10–100 ионов / см³ »
Эти концентрации ионов измеряются ионометром. Здесь можно определить полярность и соответствующую концентрацию ионов. В природе соотношение естественной полярности ионов обычно сбалансировано, с небольшой тенденцией к более положительно заряженным ионам. Концентрация ионов зависит от геологического состава, географического положения и погодных условий.
Ионизированный воздух используется, например, в пищевой промышленности для пастеризации пива и других напитков. При розливе напитков бутылку продувают ионизированным воздухом перед началом розлива, чтобы уничтожить микроорганизмы.
Ионизирующее излучение используется при промышленной стерилизации (например, одноразовых медицинских изделий, для уничтожения насекомых, инактивации ферментов). В больницах, где есть плазменная стерилизация , в значительной степени заменена газовая стерилизация .
Вредное воздействие
В некоторых случаях образование ионов при прямой или косвенной ионизации создает радикалы, которые приводят к химическим реакциям и, среди прочего, к образованию озона , оксидов азота и других загрязняющих веществ. Озон может повлиять на дыхательную систему человека и вызвать коррозию . Прямая ионизация (в основном молекул воды) в организме человека излучением приводит к образованию радикалов H + и OH - , которые атакуют органические молекулы.
Смотри тоже
- Ионизирующая , ионизация , ионно-лучевая радиация , ионизирующее излучение , ионный источник , ионизатор
- Автоионизация
веб ссылки
- База данных энергии ионизации
- ионизация
- Решения для промышленности: ионизация и всасывание, статья в электронной практике: «Безбарьерная защита от электростатического разряда в новых измерениях»
Индивидуальные доказательства
- ^ A b Вольфганг Карл Эрнст Финкельнбург: Введение в атомную физику . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-28827-6 , стр. 20 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
- ↑ а б в г Юрген Х. Гросс: масс-спектрометрия - учебник . Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8274-2981-0 , стр. 384 ( ограниченный просмотр в Поиске книг Google).
- ↑ П. Сайкс: Как работают органические реакции?: Механизмы реакции для начинающих. Вайли-ВЧ Верлаг, 2001, с. 89.
- ↑ Ульрих Строт: Явления физики плазмы, основы, приложения . Springer-Verlag, 2011, ISBN 978-3-8348-8326-1 , стр. 2 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
- ↑ Люцернский университет прикладных наук и искусств - ионизированный воздух внутри (файл PDF), выпущен в январе 2013 г., стр. 19, по состоянию на 6 июня 2013 г.
- ↑ Хайнц М. Хирсиг : Технологии производства Lexikon . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-57851-9 , стр. 85 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
- ^ Райнер Клишис, Урсула Пантера, Вера Сингбейл-Гришкат: Гигиена и медицинская микробиология. Учебник для медсестер; с 62 таблицами . Schattauer Verlag, 2008, ISBN 978-3-7945-2542-3 , стр. 207 ( ограниченный просмотр в поиске Google Книг).
- ^ Хольгер Лучак: Эргономика . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-05831-2 , стр. 328 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).
- ^ Томас Дж. Фогль, Вольфганг Райт, Эрнст Дж. Раммени: Диагностическая и интервенционная радиология . Springer-Verlag, 2011, ISBN 978-3-540-87668-7 , стр. 12 ( ограниченный предварительный просмотр в поиске Google Книг).