Іонізація і її функції
Іонізація - це процес перетворення атома або молекули в іони шляхом придбання або втрати заряджених частинок, таких як електрони і іони. При іонізації газу створюються іонні пари, що складаються з вільних електронів і позитивних іонів.
заряджених частинок в електричному і магнітному полі, молекули необхідно попередньо іонізувати. Існує велика кількість методів іонізації. при цьому найбільш часто використовуються методи електронного або фотонного удару. Очевидно, що коли мова йде про біомакромолекул.
типи іонізації
Процес іонізації протікає по-різному в залежності від того з яким зарядом електрон (позитивним або негативним) в ньому бере участь. Позитивно заряджених іон стає тоді, коли електрон, пов'язаний з атомом або молекулою володіє достатньою кількістю енергії, щоб подолати потенційний електричний бар'єр, який його утримував і, таким чином, порвавши зв'язок з атомом або молекулою, вивільнитися. Кількість енергії, що витрачається на цей процес називається енергією іонізації. Негативно заряджений іон виникає, коли вільний електрон стикається з атомом і потім потрапляє в енергетичне поле. вивільняючи надлишок енергії.
В цілому, іонізацію можна розділити на два типи - послідовна іонізація і непослідовна іонізація. У класичній фізиці, може мати місце тільки послідовна іонізація. Непослідовна іонізація порушує деяких законів класичної фізики.
Класична іонізація
З точки зору класичної фізики і моделі атома Бора, атомна і молекулярна іонізація є повністю детермінованими, а це значить, що будь-яка проблема може бути визначена і вирішена за допомогою обчислень. Відповідно до класичної фізики, необхідно, щоб енергія електрона перевершувала енергетичну різницю потенційного бар'єру, який він намагається подолати. У даній концепції це виправдано: як людина не може перестрибнути через стіну заввишки 1 метр, які не підстрибнувши в висоту не менше ніж на 1 метр, так само і електрон не може подолати потенційний бар'єр в 13,6 еВ, не володіючи як мінімум таким же зарядом енергії.
Відповідно до цими двома принципами, кількість енергії, необхідне для вивільнення електрона має бути більше або дорівнює потенційної різниці між поточною атоміческіе зв'язком або молекулярної орбиталью і орбиталью найвищого рівня. Якщо поглинена енергія перевершує потенціал, тоді електрон вивільняється і перетворюється у вільний електрон. Інакше електрон входить в збуджений стан, поки поглинена енергія не розсіється і електрон увійде в нейтральний стан.
Згідно з цими принципами і з огляду на форму потенційного бар'єра, вільний електрон повинен мати енергію, яка більше або дорівнює потенційному бар'єра, щоб його подолати. Якщо вільний електрон володіє достатньою енергією для цього, він залишається з мінімальним енергетичним зарядом, інша енергія розсіюється. Якщо електрон не володіє достатньою енергією, щоб подолати потенційний бар'єр, він може бути рухомий електростатичного силою, описаної Законом Кулона по відношенню до потенційного енергетичного бар'єра.
Послідовна іонізація - це опис того, як відбувається іонізація атома або молекули. Наприклад, іон із зарядом +2 може виникнути тільки від іона із зарядом +1 або +3. Тобто цифрове позначення заряду може бути різним послідовно, завжди змінюючись від числа до подальшого прилеглому до нього числа.
квантова іонізація
У квантовій механіці, крім того, що іонізація може відбуватися класичним способом, при якому електрон володіє достатньою енергією для подолання потенційного бар'єру, є можливість тунельної іонізації.
Тунельна іонізація - це іонізація за допомогою квантового тунелю. У класичній іонізації електрон повинен володіти достатньою енергією для подолання потенційного бар'єру, але квантовий тунель дозволяє електрону вільно рухатися крізь потенційний бар'єр в силу хвильової природи електрона. Імовірність виникнення електронного тунелю крізь бар'єр в геометричній прогресії скорочує ширину потенційного бар'єру. Тому електрон з більш високим енергетичним зарядом може долати енергетичний бар'єр, після чого ширина тунелю скорочується і шанс проходження через нього зростає.
Феномен непослідовною іонізації має місце, коли світлове електричне поле стає змінним і поєднується з тунельною іонізацією. Електрон, що проходить через тунель, може повернутися назад за допомогою змінного поля. На цьому етапі він може як поєднуватися з атомом або молекулою і вивільняти надлишок енергії, так і вступати в подальшу іонізацію за рахунок зіткнень з частинками, що володіють високим зарядом енергії. Ця додаткова іонізація називається непослідовною з двох причин:
- Другий електрон переміщується безладно.
- Атом або молекула з зарядом +2 може виникнути прямо від атома або молекули з нейтральним зарядом, таким чином, заряд, виражений цілим числом, змінюється непослідовно.
Непослідовну іонізацію часто вивчають при низькій напруженості лазерного поля, оскільки зазвичай іонізація є послідовною при високій швидкості іонізації.
Явище непослідовною іонізації легше зрозуміти на одновимірної моделі атома, яка ще недавно була єдиною моделлю, яку можна було розглянути в числовому вираженні. Це відбувається, коли момент імпульсу для обох електронів залишається таким низьким, що вони можуть ефективно рухатися в одновимірному просторі і може ставитися до лінійної поляризації, але не до циркулярної. Можна розглядати два електрона як двомірний атом, де відбувається одночасна іонізації обох атомів, а це і є іонізація одного двухпространственного електрона, який перетворюється в струмінь ймовірності під кутом 45 ° на двухелектронной проекції, що виникла від безлічі заряджених ядер або квадратного центру. З іншого боку послідовна іонізація є емісії з осі x і y, коли двухпространственний гіпер-електрон проходить по потенційним каналах Кулона від гіпер-ядер і потім вступає в іонізацію під впливом гіпер-електричного поля під кутом 45 °.
Відповідно до теорії Кука, електрон на зовнішньому швидко хиткому потенціалі
піддаватиметься середньому по часу ефективному потенціалу.
Це означає, що в межах наближеного значення ефективний потенціал для електричного поля в двополюсної наближеному значенні, чий залежить від часу потенціал є лінійним, постійний, і атом ніколи не вступає в іонізацію, яка в результаті виникає на більш низькою інтуїтивно яку можна обчислити швидкості для більш високочастотних полів , ніж значення низькочастотних полів, навіть в межах сверхсильного поля і стабілізації атома може відбуватися іонізація. Якщо висловлюватися точніше, дана теорія показує, що під час дії лазерного поля, формується середній за часом ефективний потенціал H2 +. який притягує електрон навіть при наявності сильного електромагнітного поля подібно йону молекули водню і запобігає іонізацію.
Дисоціація: відмінності
Речовина може вступати в дисоціацію, не проводячи іонів. Як приклад можна привести звичайний цукор. молекули якого вступають в дисоціацію з водою (цукор розчиняється), але існують у вигляді цілісних нейтральних частинок. Інший цікавий випадок - це дисоціація натрію хлориду (столова сіль) на іони натрію і хлориду. Незважаючи на те, що даний приклад нагадує явище іонізації, насправді ці іони вже існують усередині кристалічної решітки. Коли сіль вступає в дисоціацію, її складові іони потрапляють в оточення молекул води, результат стає видимим (наприклад, те, що розчин стає електролітичним). Однак про який-небудь пересуванні або заміщення електронів мова не йде. Фактично процес хімічного синтезу солі включає в себе іонізацію. Це хімічна реакція.
Дізнайтеся більше на тему іонізація: