To ciekawe

Gazy to zbiór swobodnie poruszających się atomów lub cząsteczek, w większości nienaładowanych. A jednak, w niektórych sytuacjach mogą one przewodzić prąd elektryczny. Uderzenie pioruna lub działanie lampy jarzeniowej są powszechnie znanymi, potwierdzającymi to zjawiskami. Jak to się dzieje, że obojętny gaz staje się dobrym przewodnikiem prądu? Wszystko za sprawą zjawiska jonizacji, któremu poświęcony jest ten e‑materiał.

R1e3rhxHofhdU

Rys. a. Zdjęcie przedstawia panoramę miasta podczas burzy. Na pierwszym planie widać rozświetlone miasto, na drugim planie rysują się ciemne wzgórza. Nad miastem rozciąga się ciemnogranatowe, zachmurzone niebo rozświetlone licznymi białymi błyskawicami.

Warto przeczytać

Jonizacja to zjawisko, w którym obojętny atom lub cząsteczka zamienia się w jon. Jon może mieć ładunek dodatni. Nazywa się go kationemKationkationem, czyli „dążącym do ujemnej katody”. Gdy ma ładunek ujemny i dąży do anody, nazywa się go anionemAnionanionem.

W niniejszym e‑materiale będziemy rozważać gazy złożone z atomów. W gazach takich, w których atomy nie oddziałują ze sobą i nie następują żadne reakcje chemiczne, a możliwe są tylko zderzenia między nimi, jonizacja może zachodzić poprzez oderwanie elektronu, znajdującego się na jednej z powłok elektronowychPowłoka elektronowapowłok elektronowych. Aby to nastąpiło, potrzebna jest energia wystarczająca do uwolnienia elektronu.

Najmniejsza porcja energii konieczna do tego nazywa się energią jonizacjiEnergia jonizacjienergią jonizacji i dla każdego pierwiastka ma inną wartość. Skąd może pochodzić taka energia? Po chwili zastanowienia łatwo dojść do wniosku, że:

• albo pojawi się ona wskutek zderzeń między będącymi w ciągłym ruchu atomami gazu,

• albo musi zostać dostarczona z zewnątrz.

Zewnętrzne przyczyny to na przykład zderzenie z poruszającą się z dużą energią cząstką (np. elektronem, protonem, cząstką alfaCząstka alfacząstką alfa, fotonemFotonfotonem). Przyczyną może też być silne pole elektryczne. W obu przypadkach, wskutek dostarczonej energii elektron odrywa się od atomu, który staje się jonem dodatnim (kationemKationkationem), a sam elektron porusza się w przestrzeni, dopóki nie natrafi na inny, obojętny atom, do którego może się przyłączyć tworząc jon ujemny (anionAnionanion).

R1IbdQdIbr6Ml

Rys. 2. Zdjęcie przedstawia jasny kolorowy neon reklamowy "Happy Hour". Na ciemnym tle centralnie, pokazano ciemnoczerwone koło o żółtych świecących krawędziach. Koło jest tłem dla jasnoniebieskiego napisu Happy Hour, podkreślonego dwiema białymi liniami. Jasne elementy na zdjęciu to lampy wyładowcze nazywane również neonami. Są to szklane elementy, często barwione w celu uzyskania kolorów innych niż biały, wypełnione gazem. Najczęściej stosowany jest neon i jego mieszaniny. Na przykład neon mieszany jest z argonem lub rtęcią, co daje efekt w postaci zmiany koloru. Gaz pod wpływem silnego, zewnętrznego pola elektrycznego jonizuje emitując światło z zakresu ultrafioletu. Światło ultrafioletowe padające na warstwę luminoforu powoduje jego świecenie w wąskim zakresie światła widzialnego, odbierane jest przez obserwatora jako emisja światła o jednej barwie.

Jeśli wzrośnie temperatura gazu, atomy zaczną się poruszać szybciej. W tej sytuacji ich energia kinetyczna jest coraz większa i w niektórych przypadkach jej wartość wystarcza, by wybić elektron z ostatniej powłokiPowłoka elektronowapowłoki. Taki sposób jonizacji nazywa się jonizacją termicznąJonizacja termicznajonizacją termiczną.

Pole elektryczne działa siłami przeciwnie skierowanymi na dodatnie jądro atomowe i ujemne elektrony. Jeśli jest ono dostatecznie silne, może spowodować wyrwanie elektronu z ostatniej powłokiPowłoka elektronowapowłoki i w ten sposób spowodować jonizację.

W obecności pola elektrycznego, elektrony uwolnione z atomów przyspieszane są siłami elektrostatycznymi. Jeśli energia, którą uzyskują one pomiędzy zderzeniami z kolejnymi atomami przewyższa energię jonizacjiEnergia jonizacjienergię jonizacji, powodują one powstanie nowych par jon‑elektron. Uwolnione w ten sposób elektrony także są rozpędzane dzięki działaniu pola elektrycznego do odpowiednio dużej energii i rozpoczyna się proces jonizacji lawinowej.

Możliwy jest też proces odwrotny do jonizacji. Jeżeli kation i ujemny elektron spotkają się, połączą się i powstanie obojętny atom, z kompletem elektronów na powłokach. Takie zjawisko nazywa się rekombinacjąRekombinacjarekombinacją.

Słowniczek