ionizace

Rázová ionizace elektronem

Ionizace je jakýkoli proces, při kterém se z atomu nebo molekuly odstraní jeden nebo více elektronů, takže atom nebo molekula zůstane jako kladně nabitý iont ( kation ). Reverzní proces, při kterém je elektron zachycen pozitivně nabitým atomem nebo molekulou, se nazývá rekombinace .

Další formou ionizace, která je zvláště důležitá v chemii, je připojení elektronů k neutrálnímu atomu nebo molekule, takže se vytvoří záporně nabitý ion ( anion ). Také chemická ionizace provádí přidáním iontů (protony, kationty, anionty), například. B. v hmotnostní spektrometrii .

Pokud je jádro atomu vytlačeno z elektronového obalu - např. B. rychlým neutronem - stává se také iontem. Termín ionizace však není pro tento proces běžný.

V literatuře existují také formulace jako „kyseliny, které při ionizaci dávají slabě nukleofilní anionty - např. B. HSO ₄ ^- z H ₂ SO ₄ - lze rozložit na […]. “ V širším smyslu lze eliminaci protonu v acidobazické reakci také zahrnout pod pojem ionizace.

Mechanismy

K ionizaci mohou vést různé procesy:

• Ionizující záření (včetně například zrychlených elektronů v tyratronové trubici) může nárazovou ionizací „ vyřadit “ elektrony z jejich vazby. Uvolněné elektrony mohou zase ionizovat, pokud mají dostatek energie. Při dostatečně vysoké teplotě může elektron, iont nebo neutrální atom také způsobit nárazovou ionizaci bez dalšího zrychlení částic v důsledku svého neuspořádaného teplotního pohybu.
• Při ionizaci pole jsou elektrony uvolňovány ze své vazby dostatečně silným elektrickým polem .
• Vysoce excitované atomy se mohou automaticky změnit na ionizovaný stav pomocí autoionizace . Polní ionizace je v podstatě proces autoionizace, tj. To znamená, že vysoce vzrušený atom nebo molekula spontánně ztrácí elektron bez jakékoli další interakce se zdrojem energie.

Symbolická hláskování

K popisu procesu nárazové ionizace se často používají symboly jako (e, 2e), (e, 3e), (γ, 2e) atd. - analogicky k notaci v jaderných reakcích . První znak v závorkách znamená projektil. Za desetinnou čárkou se produkují volné částice (kromě ionizovaného atomu a včetně střely, pokud není absorbována - jako v případě fotonu ). Například „2e“ znamená, že dva volné elektrony opouštějí atom. V (e, 2e) je jediný ionizovaný atom produkován srážkou elektronu s atomem, v (γ, 2e) je dvojnásobně ionizovaný atom produkován interakcí fotonu s atomem.

Ionizační energie

Ionizační energie jako funkce atomového čísla

U všech ionizačních procesů musí být použita energie k oddělení elektronu od atomu nebo molekuly ( ionizační energie ). V předchozí části byly zmíněny možné zdroje této energie. Ionizační energie jsou obvykle v řádu několika elektronvoltů (například argon v základním stavu: 15,7 eV). Ionizační energie závisí na ionizovaném materiálu a jeho aktuálním stavu buzení. Je stále obtížnější dále ionizovat atomy nebo molekuly , které již byly ionizovány. Ionizační energie exponenciálně roste s každým elektronem, který má být odstraněn z elektronového obalu.

plazma

Plazma je hmota s dostatečně vysokým podílem volných iontů a elektronů, tj. S vysokou ionizací. Tato kvalitativní definice se neomezuje pouze na plyny s nízkou hustotou, ale zahrnuje i stlačený materiál s vlastnostmi kapaliny. V případě plynů se rozlišuje mezi nízkotlakým , atmosférickým a vysokotlakým plazmatem . Téměř veškerá viditelná hmota ve vesmíru je víceméně silně ionizovaná.

Příklady použití

Koncentrace iontů ve vnějším a vnitřním vzduchu

Tvorba ozonu ionizací

Vzduch ionizovaný pomocí ionizátorů , tj. Elektricky vodivý vzduch, se používá při zpracování produktů, které se mohou elektrostaticky nabít, např. B. Fólie nebo papírové role. Vodivost vzduchu snižuje náboj a tím eliminuje riziko jisker a přitahování nežádoucích prachových částic. Přeprava je také snazší.

Úroveň obsahu iontů v přírodním a vnitřním prostředí:

• V těsné blízkosti vodopádů 20 000–70 000 iontů / cm³
• Na horách nebo v blízkosti moře 4 000–10 000 iontů / cm³
• Na okraji města, na loukách a na polích 1 000–3 000 iontů / cm³
• Parky ve městech 400–600 iontů / cm³
• Ve městě a aglomeraci 200–500 iontů / cm³
• Ve větraných nebo klimatizovaných místnostech 10–100 iontů / cm³ “

Tyto koncentrace iontů se měří ionometrem. Zde lze určit polaritu a příslušnou koncentraci iontů. V přírodě je poměr přirozené polarity iontů obvykle vyvážený, s mírnou tendencí k pozitivněji nabitým iontům. Koncentrace iontů závisí na geologickém složení, zeměpisné poloze a povětrnostních podmínkách.

Ionizovaný vzduch se používá například v potravinářském průmyslu k pasterizaci piva a jiných nápojů. Při plnění nápojů je láhev před zahájením plnění vyfukována ionizovaným vzduchem, aby se zničily mikroorganismy.

Ionizující záření se používá při průmyslové sterilizaci (např. Jednorázové lékařské předměty, zabíjení hmyzu, deaktivace enzymů). V nemocnicích s plazmovou sterilizací byla do značné míry nahrazena plynová sterilizace .

Škodlivé účinky

V některých případech vytváří ionty při přímé nebo nepřímé ionizaci radikály, které vedou k chemickým reakcím a mimo jiné k tvorbě ozonu , oxidů dusíku a dalších znečišťujících látek. Ozon může ovlivnit lidský dýchací systém a podporovat korozi . Přímá ionizace (zejména molekul vody) v lidském těle zářením vede k tvorbě radikálů H ⁺ a OH ^- , které napadají organické molekuly.

Viz také

• Ionizace , ionizace , záření iontového paprsku , ionizující záření , zdroj iontů , ionizátor
• Autoionizace

webové odkazy

Wikislovník: Ionizace  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Wikislovník: Ionizátor  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Wikislovník: Ionometer  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Wikislovník: Ionizační zařízení  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

Wikislovník: iontová koncentrace  - vysvětlení významů, původ slov, synonyma, překlady

• Databáze ionizační energie
• ionizace
• Řešení pro průmysl: ionizace a sání, článek v praxi elektroniky: „Bezbariérová ochrana ESD v nových dimenzích“

Individuální důkazy

1. ^ ^{A b} Wolfgang Karl Ernst Finkelnburg: Úvod do atomové fyziky . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-28827-6 , str. 20 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google). 
2. ↑ ^{a b c d} Jürgen H. Gross: hmotnostní spektrometrie - učebnice . Springer-Verlag, 2012, ISBN 978-3-8274-2981-0 , str. 384 ( omezený náhled v Google Book Search). 
3. ↑ P. Sykes: Jak fungují organické reakce?: Reakční mechanismy pro začátečníky. Wiley-VCH Verlag, 2001, s. 89.
4. ^ Ulrich Stroth: Fenomény fyziky plazmatu, základy, aplikace . Springer-Verlag, 2011, ISBN 978-3-8348-8326-1 , s. 2 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google). 
5. ↑ Lucerna University of Applied Sciences and Arts - ionized air in the interior (soubor PDF), vydaný v lednu 2013, s. 19, přístup k 6. červnu 2013.
6. ↑ Heinz M. Hiersig : Technologie výroby technologie Lexikon procesní technologie . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-642-57851-9 , str. 85 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google). 
7. ^ Rainer Klischies, Ursula Panther, Vera Singbeil-Grischkat: Hygiena a lékařská mikrobiologie. Učebnice pro ošetřovatelské profese; s 62 stoly . Schattauer Verlag, 2008, ISBN 978-3-7945-2542-3 , str. 207 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google). 
8. ^ Holger Luczak: Ergonomie . Springer-Verlag, 2013, ISBN 978-3-662-05831-2 , str. 328 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google). 
9. ^ Thomas J. Vogl, Wolfgang Reith, Ernst J. Rummeny: Diagnostická a intervenční radiologie . Springer-Verlag, 2011, ISBN 978-3-540-87668-7 , str. 12 ( omezený náhled ve Vyhledávání knih Google).