Przeczytaj
Warto przeczytać
Jonizacja to zjawisko, w którym obojętny atom lub cząsteczka zamienia się w jon. Jon może mieć ładunek dodatni. Nazywa się go kationemkationem, czyli „dążącym do ujemnej katody”. Gdy ma ładunek ujemny i dąży do anody, nazywa się go anionemanionem.
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 elektronowychpowłok elektronowych. Aby to nastąpiło, potrzebna jest energia wystarczająca do uwolnienia elektronu.
Najmniejsza porcja energii konieczna do tego nazywa się energią 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 alfacząstką alfa, fotonemfotonem). Przyczyną może też być silne pole elektryczne. W obu przypadkach, wskutek dostarczonej energii elektron odrywa się od atomu, który staje się jonem dodatnim (kationemkationem), a sam elektron porusza się w przestrzeni, dopóki nie natrafi na inny, obojętny atom, do którego może się przyłączyć tworząc jon ujemny (anionanion).
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 powłokipowłoki. Taki sposób jonizacji nazywa się jonizacją termicznąjonizacją 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 powłokipowłoki 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 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 rekombinacjąrekombinacją.
Słowniczek
(ang.: anion) - jon naładowany ujemnie, dążący do dodatniej anody.
(ang.: alpha particle) - jądro helu, rodzaj promieniowania jonizującego lub inaczej, strumienia cząstek.
(ang.: ionization energy) - najmniejsza energia wystarczająca do oderwania elektronu od atomu, charakterystyczna dla danego pierwiastka.
(ang.: photon, z gr. phiῶς – światło) - cząstka elementarna, kwant pola elektromagnetycznego, np. światła.
(ang.: thermal ionization) - jonizacja następująca wskutek zderzeń atomów o dużej energii kinetycznej, wynikającej z ruchów termicznych.
(ang.: cation) - jon naładowany dodatnio, dążący do ujemnej katody.
(ang.: electron shell) - obszar wokół jądra atomowego, w którym mogą przebywać elektrony o tej samej głównej liczbie kwantowej.
(ang.: recombination) - zobojętnienie pary jonów lub cząsteczek o różnych ładunkach elektrycznych, proces przeciwny do jonizacji. Rekombinacji kationu z elektronem towarzyszy wypromieniowanie energii.