ИОНИЗАЦИЯ
Ионизация — процесс отделения электронов от нейтрального атома или молекулы — возможна при затрате энергии на преодоление притяжения между вырываемым электроном и остальной частью атома. Эту энергию называют работой ионизации А. Если ионы образуются после столкновения быстрого электрона с атомом, то такая ионизация называется ударной.
Наименьшее значение кинетической энергии электронов, при которой происходит ионизация, чуть больше работы ионизации Аi:Аi = (mv2/2)/(1+m/M).
Отношение масс электрона и атома всегда малая величина, например для атома водорода m/M=5,443x10-4, и величина, стоящая в скобках, близка к единице. Разность потенциалов, при прохождении которой электрон или другая частица с таким же зарядом приобретает кинетическую энергию, равную работе ионизации, называют потенциалом ионизации: Vi:Vi =Аi/e.
Наиболее точный способ определения потенциала ионизации состоит в измерении энергий переходов атомов при изучении их линейчатых спектров. Наиболее наглядный способ — это измерение потенциала между катодом К и сеткой С газоразрядной трубки JI (см. рис.). Если давление в трубке невелико, то электроны, испущенные накаленным катодом, в промежутке К — С не сталкиваются с молекулами газа. При этих условиях энергия электронов, прошедших сквозь сетку, будет равна Ve. Такие электроны не смогут достигнуть коллектора K2, поскольку его потенциал меньше Ve на величину ∆V В результате ток в гальванометре Г будет равен нулю. При увеличении V до значений V > Vmin в цепи гальванометра появится ток: в объеме С — K2 образуются положительные ионы, которые притягиваются сборником K2</sub. Значение Vmin</sub, при котором начинает появляться ток, зависит только от рода газа. Так, при наполнении трубки гелием ток начинает течь, когда Vmin</sub достигает 24,58 В. Если гелий заменить аргоном, ток появится при Vmin</sub = 15,76 В. Эти величины и есть потенциалы ионизации гелия и аргона.
Ионизация электронным ударом — один из многих способов получения ионов. В газе, нагретом до высокой температуры, например в солнечной короне, атомы ионизируются, сталкиваясь между собой. Много ионов и в обычном пламени. Так, горящая свеча разряжает электроскоп.
Кванты электромагнитного излучения выбивают из атомов электроны, если обладают достаточной энергией. Такой процесс называют фотоионизацией. Рентгеновские лучи, γ-кванты (см. Гамма-излучение) оставляют в газах следы из ионизированных атомов.
В газе, нагретом до высокой температуры, атомы движутся с большой скоростью и, сталкиваясь друг с другом, теряют электроны. Этот вид ионизации газа — термическая ионизация. Если температура вещества достигает многих миллиардов градусов, атомы теряют все электроны, и образуется смесь атомных ядер и электронов — высокотемпературная плазма. Атомы, потерявшие несколько электронов, называют многозарядными ионами. В солнечном излучении было открыто несколько спектров, не совпадающих ни с одним спектром нового элемента. Казалось, что обнаружена целая группа еще не открытых элементов. Однако вскоре выяснилось, что необычные спектры принадлежат многозарядным ионам обычных элементов и только гелий — новый элемент, впервые обнаруженный на Солнце по его спектру.
