Stjerne nyheder
Hvad er ionisering: definition, funktioner, metoder og funktioner. Atomers energi og ioniseringspotentiale I henhold til den klassiske fysiks love
Ligesom et stærkt elektrisk felt fjerner elektroner fra metaller, fjerner det dem også fra individuelle gasatomer. Dette fænomen kaldes undertiden "autoionisering" af atomer, og dets årsag er let at forstå, hvis vi overvejer typen af potentiel energi af en elektron i et atom i nærvær af et eksternt elektrisk felt. Lad den potentielle energi af en elektron i fravær af et eksternt felt være U(r). Eksternt elektrisk felt O lad den rettes langs aksen OZ. Så er hele elektronens potentielle energi
Ris. 6.1
Lad os overveje formen af potentialkurven på OZ-aksen (x = y = 0, r = | z | ). I mangel af et eksternt felt (o = 0) U" = U (r) og har formen vist i Fig. 6.1 med den stiplede linje. Yderligere potentiel energi i det eksterne felt e O z vil blive afbildet som en stiplet linje ah." Total potentiel energikurve U, som følge af tilsætning er vist i fig. 6.1 ubrudt linje a"b" Og ab. Det ser vi omkring punktet z 0 der dannes en potentiel barriere, der deler rummet op i to områder: det indre z>z 0 og eksterne z<z 0 , som hver især har potentiel energi U" mindre U" (z 0 ) = U m . I fig. 6.1 viser også to energiniveauer E` og E". Hvis energi E = E"> U m , så vil elektronen ikke blive tilbageholdt i nærheden af atomet, men vil bevæge sig væk ind i det negative område z. Hvis elektronenergien E= E"<U m , så vil elektronen ifølge den klassiske mekaniks love forblive i det indre område. Ifølge kvantemekanikken vil der i dette tilfælde stadig ske lækage gennem barrieren. Her skabes således en tilstand, der er ret lig den, der sker ved radioaktivt henfald.
Nu er det slet ikke svært at forstå årsagen til feltets ionisering af atomer. Når feltet tændes, skabes en barriere, hvorigennem elektroner trænger ind i det ydre rum. Hvis spærrehøjden U T mindre elektronenergi, så vil partiklerne passere ("over barrieren") og ifølge klassisk mekanik. Derfor fører klassisk mekanik også til muligheden for ionisering af et atom ved et eksternt elektrisk felt. Den eneste forskel er, at ifølge kvantemekanikkens love bør denne ionisering ske ved lavere felter end det, der er foreskrevet af klassisk mekanik, da det ifølge kvantemekanikken ikke er nødvendigt, at barrieren er mulig for at ionisering skal være mulig. lavere end elektronenergien. Det er dog klart, at ved lave felter vil barrieren være meget bred, og dens gennemsigtighed vil være meget lav.
Fænomenet autoionisering kan observeres på denne måde: lad os antage, at vi observerer en spektral linje forårsaget af en elektronisk overgang fra E`-tilstanden til E O(se fig. 6. 1). Når det elektriske felt øges, vil denne linje forskydes (Stark-effekt), og hvis feltet når så stor en værdi, at gennemsigtigheden af barrieren er høj, så vil elektronen i E`-tilstanden oftere flyve ud af atomet, passerer gennem barrieren (ionisering), i stedet for at falde til den lavere tilstand (E O ), udsender lys. På grund af dette vil spektrallinjen svækkes, indtil den endelig forsvinder helt. Dette fænomen kan observeres i Balmer-serien af atomart brint.
For at kunne spore virkningen af et elektrisk felt af forskellig styrke, er det indrettet således, at forskellige dele af spektrallinjen er forårsaget af lys, der udgår fra atomer placeret i felter med forskellig styrke. Nemlig i volumenet af lysende gas stiger det elektriske felt i retningen parallelt med spalten i spektroskopet (op til en vis grænse, når det igen har nået
Figur 6.2
falder). Fotografiet (se fig. 6.2) viser resultaterne af et sådant eksperiment. Bogstaverne c, d, e, f, g angiver linjerne i Balmer-serien (H c - overgang n = 4 > n = 2, N g -- overgang n = 5 > n = 2, N d - overgang n = 6 > n = 2 og Ne - overgang n = 7 > n = 2). Det påførte elektriske felt øges fra bund til top. De hvide linjer på fotografiet er linjer med samme feltstyrke. På billedet kan du se, at linjerne deler sig først. Denne opdeling øges, efterhånden som feltet vokser (fra opdelingen af H-linjen er det let at se positionen af linjen med maksimal feltstyrke). Ved en vis feltstyrke forsvinder spektrallinjen.
Sammenligning af linjerne c, d, e, f viser, at de forsvinder i rækkefølgen e, d, d (med de nåede felter forsvinder c ikke helt). Dette er en sekvens af stigende energi i den exciterede tilstand. Fra fig. 6.1 er det tydeligt, at jo højere elektronenergien er, jo mindre er bredden og højden af barrieren for et givent felt, dvs. jo større er dens gennemsigtighed. Således er den observerede sekvens i forsvinden af spektrallinjer fuldt ud i overensstemmelse med vores fortolkning af dette fænomen som et resultat af tunneleffekten. Det faktum, at de røde komponenter i spaltningslinjerne forsvinder før de violette, får også en fuld forklaring, når man undersøger elektronbølgefunktionerne nærmere. Tilstande svarende til linjer forskudt til den røde side har nemlig den egenskab, at elektronskyens intensitet i dem er større i barriereområdet end i tilstande for violette komponenter. Takket være dette forløber ionisering på en mere gunstig måde.
Lad os formulere noget mere detaljeret, under hvilke betingelser vi skal forvente forsvinden af en spektrallinje i et elektrisk felt. Lad sandsynligheden for den optiske overgang af en elektron til den lavere tilstand være 1/φ (φ er levetiden i den exciterede tilstand). Levetiden for en elektron i exciteret tilstand er f? 10-8 sek. Sandsynligheden for at en elektron går over til en lavere tilstand er 1 sek bliver 1/f. Sandsynligheden for tunneleffekten (ionisering) vil være lig (det samme som ved beregning af radioaktivt henfald) med antallet af elektronpåvirkninger på indervæggen af potentialbarrieren i 1 sek, ganget med gennemsigtighedskoefficienten D. Antallet af påvirkninger på barrieren er i størrelsesorden lig med v/2r 0 , Hvor v-- elektronhastighed, og r 0 -- barriereradius, omtrent lig med orbitalradius EN. Hastigheden er ens, igen i størrelsesordenen, hvor |E| -elektronenergi og m-dens masse.
Derfor, sek -1 (6.2)
(da. Derfor er sandsynligheden for autoionisering 10 16 D sek -1
.
For at autoionisering skal råde (betingelsen for forsvinden af spektrallinjen), er det nødvendigt, at 1/ph
tunnelbarriere-emission kvasi-stationær
IONISERING
IONISERING
Uddannelse vil hjælpe. og benægte. ioner og frie elektroner fra elektrisk neutrale atomer og molekyler. Udtrykket "jeg". betegner både en elementær handling (et atoms aktivitet) og et sæt af mange sådanne handlinger (aktiviteten af en gas, en væske).
Ionisering i gas og væske. At adskille et neutralt, uexciteret atom (eller molekyle) i to eller flere ladninger. ch-tsy, dvs. for dets I., er det nødvendigt at bruge energi I. W. For alle atomer af et givet grundstof (eller molekyler af en given kemisk forbindelse), ioniseret fra den vigtigste med dannelse af identiske ioner, er I. samme. Den enkleste handling af I. er løsrivelsen af en elektron fra et atom (molekyle) og dannelsen af en elektron. Jonas. Et stofs egenskaber i forhold til sådan stråling er karakteriseret ved dets ioniseringspotentiale.
Forbindelse af elektroner til neutrale. atomer eller molekyler (dannelsen af negative ioner), i modsætning til andre energihandlinger, kan ledsages af både forbrug og frigivelse af energi; i sidstnævnte tilfælde siges atomer (molekyler) at have elektronaffinitet.
Hvis energien W overføres af en ioniseret partikel til en anden partikel (elektron, atom eller ion) ved deres kollision, kaldes energi. percussion. Sandsynligheden for påvirkning I., karakteriseret ved den såkaldte. tværsnit I. (se EFFEKTIV), afhænger af typen af ioniserede og bombarderende partikler og af kinetikken. energi af den sidste Ek: op til en vis minimumsværdi (tærskelværdi) Ek er denne sandsynlighed lig nul, med en stigning i Ek over tærskelværdien stiger den først hurtigt, når et maksimum og falder derefter (fig. 1). Hvis energierne, der overføres til ioniserbare partikler ved kollisioner, er tilstrækkelig høje, er det muligt ud fra dem, sammen med enkeltladede ioner, også at danne flerladede ioner (multipel ionisering, fig. 2). Ved kollisioner af atomer og ioner med atomer kan ødelæggelse ikke kun ske af de bombarderede, men også af de bombarderende partikler. Indkommende neutrale atomer, der mister deres elektroner, bliver til ioner, og de af indfaldende ioner stiger; kaldes dette fænomen "stripper" h-ts-bunken. Den omvendte proces er indfangning af elektroner fra ioniserede partikler af indkommende partikler. ioner - kaldet ladningsudveksling af ioner (se ATOMKOLLISIONER).
Ris. 1. Ionisering af brintatomer og molekyler ved elektronpåvirkning: 1 - H-atomer; 2 - H2 (eksperimentelle kurver).
Ris. 2. Ionisering af argon med He+ ioner. Abscisseaksen viser ioniserende partikler. Stiplede kurver - ionisering af argon ved elektronpåvirkning.
I definition Under betingelser kan partikler også ioniseres under kollisioner, hvor der overføres energi mindre end W: først overføres atomer (molekyler) i primærkollisioner til , hvorefter det for deres ionisering er nok at give dem en energi svarende til forskel mellem W og excitationsenergien. Således udføres "akkumuleringen" af den nødvendige energi til I. over flere perioder. sekventiel kollisioner. Ligesom I. kaldte. trådte. Det er muligt, hvis kollisioner forekommer så ofte, at partiklen i intervallet mellem to kollisioner ikke når at miste den energi, der modtages i den første af dem (i tilstrækkeligt tætte gasser, højintensive strømme af bombarderende partikler). Derudover er mekanismen for trinvis stråling meget vigtig i tilfælde, hvor partiklerne af det ioniserede stof har metastabile tilstande, det vil sige, at de er i stand til at bevare excitationsenergien i relativt lang tid.
I. kan ikke kun skyldes partikler, der flyver ind udefra. Ved en tilstrækkelig høj temperatur, når energien af termisk bevægelse af atomer (molekyler) er høj, kan de ionisere hinanden på grund af kinetik. energi af kolliderende ch-ts - termisk I opstår Dette betyder. den når f.eks. intensitet fra en temperatur på -103-104 K. i bueudladninger, chokbølger og stjerneatmosfærer. Termisk grad En gass energi som funktion af dens temperatur og tryk estimeres ved Sakha-formlen for en svagt ioniseret gas i termodynamisk tilstand. balance.
Processer, hvor ioniserede partikler modtager energi fra fotoner (kvanter af elektromagnetisk stråling), kaldes. fotoionisering. Hvis (molekylet) ikke er exciteret, så må energien af den ioniserende foton hn (n er strålingsfrekvensen) i den direkte strålingsakt ikke være mindre end strålingsenergien W. For alle atomer og molekyler af gasser og væsker , W er sådan, at kun UV-fotoner opfylder denne betingelse og endnu kortere bølgelængdestråling. Fotoionisering observeres dog også ved hn
Hvis forskellen hn-W er relativt lille, så absorberes den i strålingshandlingen Højenergifotoner (røntgenstråler, g-kvanter) bruger en del af deres energi under stråling (ændrer deres frekvens). Sådanne fotoner, der passerer gennem noget, kan forårsage. antal fotoioniseringsbegivenheder. Forskellen DE-W (eller hn-W ved absorption af en foton) bliver til kinetisk. energi fra energiprodukter, især frie elektroner, som kan udføre sekundære energihandlinger (allerede stød).
Immigration med laserstråling er af stor interesse. Dens frekvens er normalt utilstrækkelig til, at en foton forårsager stråling. Den ekstremt høje flux af fotoner i laserstrålen gør stråling mulig, på grund af den samtidige absorption af flere. fotoner (multifotonbilleddannelse). Bestråling med absorption af 7-9 fotoner blev observeret eksperimentelt i sjældne dampe af alkalimetaller. I tættere gasser kombineres laserstråling. vej. For det første frigiver multiphoton I. flere. "frø" el-nov. De accelereres af et lysfelt, chokerende exciterer atomer, som derefter ioniseres af lys (se LYSTEST). Fotoionisering spiller væsner. rolle, for eksempel i processerne med stråling af de øvre lag af atmosfæren, i dannelsen af streamere under elektrisk gasnedbrud.
I. atomer og molekyler af gas under indflydelse af stærk elektrisk. felter (=107 -108 V*cm-1), kaldet. autoionisering, brugt i ionprojektor og elektronisk projektor.
Ioniserede gasser og væsker har elektrisk ledningsevne, som på den ene side ligger til grund for deres nedbrydning. applikationer, og på den anden side gør det det muligt at måle graden af stråling af disse miljøer, altså forholdet mellem ladningskoncentration. h-ts i dem til den initiale koncentration af neutroner. tsk.
Fysisk encyklopædisk ordbog. - M.: Sovjetisk Encyklopædi. . 1983 .
IONISERING
Omdannelsen af elektrisk neutrale atompartikler (atomer, molekyler) som et resultat af omdannelsen af en eller flere af dem. elektroner i polo-ioner og frie elektroner. Ioner kan også ioniseres, hvilket fører til en stigning i multiplum af deres ladning. (Neutrale atomer og molekyler kan i særlige tilfælde og tilføje elektroner, ca negative ioner.)Udtrykket "I." betegnet som en elementær handling (bestråling af et atom, molekyle) og et sæt af mange sådanne handlinger (bestråling af en gas, fotoionisering); feltionisering; I. når det interagerer med overfladen af et fast legeme ( overfladeionisering); De første to typer af I diskuteres nedenfor. Kollisionsionisering er den vigtigste mekanisme for stråling i gasser og plasma. Den elementære handling af I. er karakteriseret ved eff. ioniseringstværsnit s i [cm 2 ], afhængig af typen af kolliderende partikler, deres kvantetilstande og hastigheden af relativ bevægelse. Når man analyserer energiens kinetik, bruges begreberne energihastighed.<v er jeg ( v)>, som karakteriserer det ioniseringstal, som en ioniserende partikel kan producere på 1 s:
Her v- hastighed relaterer sig, bevægelse og F(v)- funktion af hastighedsfordelingen af ioniserende partikler. Sandsynlighed for ionisering w i af et givet atom (molekyle) pr. tidsenhed ved tæthed N antallet af ioniserende partikler er relateret til strålingens hastighed Den afgørende rolle i gasser og plasmaer spilles af elektronpåvirkning (kollisioner med kombineret 
Ris. 1. Ionisering af brintatomer og molekyler ved elektronpåvirkning; 1 -
H-atomer; 2 -
H2-molekyler (eksperimentelle kurver); 3 -
H-atomer (teoretisk beregning, Born); 4 -
beregning
elektroner). Den dominerende proces er fjernelse af én elektron elektron - fjernelse af én (normalt ekstern) elektron fra et atom. Kinetisk. energien af den ioniserende elektron skal være større end eller lig med bindingsenergien for elektronen i atomet. Min. kinetisk værdi energi af den ioniserende elektron kaldes. ioniseringstærskel (grænse). Tværsnittet af elektronpåvirkningen af atomer, molekyler og ioner er nul ved tærsklen og stiger (ca. lineært) med stigende kinetik. energi, når maksimale værdier ved energier svarende til flere (2-5) tærskelværdier, autoioniseringstilstande eller I. intern. atomets skaller. Sidstnævnte kan betragtes uafhængigt, da deres bidrag til stråling er forbundet med andre elektronskaller i atomet. 
Ris. 2. Ionisering af Zn-atomer ved elektronpåvirkning nær tærsklen.
Sammen med enkeltelektronelektroner er det muligt at fjerne to eller flere elektroner i en kollisionshændelse, forudsat at kinetikken energi er større end eller lig med den tilsvarende energi I. Tværsnittet af disse processer i flere. gange (for to- og tre-elektroner) eller flere gange. størrelsesordener (for multielektron processer) er mindre end tværsnittene for enkelt-elektron stråling Derfor, i kinetikken af stråling af gasser og plasmaer, de vigtigste Rollen spilles af processerne af en-elektron I. og en-elektron excitation autoionisering. stater.
hvor a 0 =0,529,10 -8 cm - Bora radius; R=13,6 eV -t. n. Rydberg energienhed, lig med energien af brintatomet fra det grundlæggende. stater (se Rydberg konstant); E jeg- energi af den betragtede tilstand af atomet eller ionen; n l - antallet af ækvivalente elektroner i et atoms skal; l- værdien af begyndelsens orbitale moment. elektrontilstande; værdi u=(E-E jeg)/E jeg der er forskel i kinetik indfaldende elektronenergi E og ioniseringstærskel E jeg, udtrykt i enheder af E jeg. Funktionerne Ф(u) beregnes og tabuleres for et stort antal atomer og ioner i . Ved høje energier af den indfaldende elektron EдE jeg gælder forstyrrelsesteori første ordre (såkaldt Født tilnærmelse). I dette tilfælde for I. hydrogenatomet fra basen. statens funktion
I områder med lav og middel energi af den indfaldende elektron (uхl), den vigtigste effekt, der påvirker værdien af s jeg, er en udvekslingseffekt forbundet med identiteten af de indfaldende elektroner og dem, der er slået ud af atomet. Beregning s jeg enkelt-elektron ionisering inden for rammerne af perturbationsteori, under hensyntagen til udvekslingseffekten, fører til tilfredsstillende overensstemmelse med eksperimentet for de fleste atomer og ioner Forbedring (og kompleksitet) af beregningsmetoder gør det muligt at beskrive den detaljerede struktur af ionisering. kurver, såvel som frigivne elektroner i form af energi og spredningsvinkel (dvs. differentielt tværsnit) Ovenstående hastighed af I. (1) under antagelsen af en Maxwellsk fordeling af elektroner i hastighed kan repræsenteres i formen).
hvor b =
E i/kT, T - temp-pa af ioniserende elektroner. Funktionerne G(b) beregnes og tabuleres for et stort antal atomer og ioner. Som det kan ses af formlerne (2) og (4), med stigende ionladning Z() I. andelen falder. Z -4 ,
hastighed I. Med en stigning i energien af den indfaldende elektron er det energetisk muligt for en af elektronerne at blive slået ud 
Ris. 3. Ionisering af et brintatom med protoner: 1 -
eksperimentelle data; 2 -
beregning i Born-tilnærmelsen; 3 -
udregning.
indre skaller ( K, L, . ..) multielektronatomer (eller ioner). De tilsvarende strømme og hastigheder er også beskrevet med formlerne (2) og (4). Men oprettelsen af en ledig stilling i den interne shell fører til dannelsen af autoionisering. atomets tilstand, som er ustabil og desintegrerer ved fjernelse af et eller flere fra atomet. elektroner og fotonstråling ( Snegleffekt). Men tværsnittet af denne proces er meget mindre end tværsnittet af I. ext. skal derfor, i plasma, er den dominerende mekanisme for dannelsen af flerladede ioner sekventiel I. ext. skaller. 
I tætte gasser og med højintensive strømme af bombarderende partikler med kinetik. energi 
Ris. 5. Ionisering af molekylært brint med brintatomer (kurve 1) og protoner (kurve 2 ).
Udstrålingen af atomer og molekyler i kollisioner med neutrale atomer forklares af de samme mekanismer som ved kollisioner med ioner, men som regel er den kvantitativt mindre effektiv. I fig. 5 er givet til sammenligning af ionisering. kurver for ionisering af molekylært brint af brintatomer og protoner. ladningsudveksling af ioner Den "kvasimolekylære" karakter af processerne ved kollisioner af atompartikler ved lave hastigheder kan føre til en mere effektiv dannelse af ioner med en ladning større end enheden end ved elektroniske kollisioner (ved samme hastigheder). Plasmadiagnostik) .
I dette tilfælde er det nødvendigt at have pålidelige data om temperaturen (fordelingsfunktion) af partikler og deres tæthed. Denne metode er med succes blevet brugt til at studere elektronpåvirkningen af multiple ladede (Za10) ioner. Ionisering med lys (fotoionisering)- proces med stråling af atomare partikler som følge af absorption af fotoner. I svage lysfelter forekommer enkeltfotonstråling I lysfelter med høj intensitet er det muligt multifoton ionisering. For eksempel er frekvensen af laserstråling normalt utilstrækkelig til, at absorptionen af en foton forårsager stråling. Den ekstremt høje fluxtæthed af fotoner i en laserstråle gør eksperimentelt mulig stråling med absorption af 7-9 fotoner blev observeret i sjældne dampe af alkalimetaller.
hvor a= 1/137 - fin struktur konstant, w g - begrænsende renhed af fotoionisering, w - fotonfrekvens og 
. For hydrogenatomet wg = 109678,758 cm-1 (1 1216 E). (I spektroskopi er frekvensen ofte angivet i "omvendt" cm, dvs. ~1/l.) Nær fotoioniseringsgrænsen (w-w g bw g)
væk fra grænsen (w-w g dw g)
Tværsnittet for fotoionisering fra exciterede tilstande falder med stigende h. kvantetal n proportional n -5 (for n/Z). Fotoioniseringstværsnittet s f er relateret til koefficienten. 
Ris. 6. Fotoionisering af alkalimetalatomer: lithium (1 -
eksperiment; 2 -
beregning) og natrium (3 -
eksperiment; 4 -
beregning).
fotoabsorption af en foton med en fast frekvens som følger:
Her overtages summen over alle niveauer af atomet, som det er energetisk muligt for, og N n -
tæthed af antallet af atomer i tilstand n .
Beregning af tværsnit og sammenligning med forsøg. data (inklusive for ikke-brintlignende atomer) er angivet i. Fotoioniseringstværsnittet er 2-3 størrelsesordener lavere end s jeg under kollisioner. Z giver mening eff. ladning af kernen, inden for hvilket felt den bevæger sig). Fotoionisering af dyb indre skaller af atomer, i modsætning til elektronpåvirkning, har praktisk talt ingen effekt på eksterne elektroner. skaller, dvs. det er en meget selektiv proces. Auger-effekten, der ledsager elimineringen af en ledig stilling i det indre skal, fører til dannelsen af en mangedobbelt ladet ion. I dette tilfælde kan der dannes flere ioner. grader af mangfoldighed. I tabel Beregnede og observerede værdier af gns. ladninger af ioner for visse atomer.
Tabel - Beregnede og observerede værdier af gennemsnitlige ionladninger
Fotoionisering studeres eksperimentelt ved at måle koefficienten. absorption, registrering af antallet af dannede ioner, måling af rekombination. stråling (tværsnit af den omvendte proces - fotorekombination). Fotoionisering spiller en væsentlig rolle i ioniseringsbalancen af de øvre lag af atmosfæren, planetariske tåger, udsat for ioniserende stråling fra stjerner og andre plasmaer. Den omvendte proces af I. er rekombination af ioner og elektroner, forbundet med ionisering. processer og relationer, der følger af principperne om detaljeret ligevægt. I. og rekombinationsprocesser spiller en vigtig rolle i alle elektriske processer. udledninger i gasser og andre. gasudledningsanordninger. Lit.: 1) Donets E. D., Ovsyannikov V. P., Studie af ionisering af positive ioner ved elektronpåvirkning, "JETP", 1981, v. 80, s. 916; 2) Peterkop R.P. Presnyakov.
Fysisk encyklopædi. I 5 bind. - M.: Sovjetisk Encyklopædi. Chefredaktør A. M. Prokhorov. 1988 .
Synonymer:
Se, hvad "IONISATION" er i andre ordbøger:
IONISERING, omdannelse af atomer og molekyler til ioner og frie elektroner; den omvendte proces med rekombination. Ionisering i gasser opstår som et resultat af fjernelse af en eller flere elektroner fra et atom eller molekyle under påvirkning af ydre påvirkninger. I … … Moderne encyklopædi
Ladede partikler i et elektrisk og magnetisk felt, molekyler skal først ioniseres. Der er et stort antal metoder ionisering, med de mest almindeligt anvendte elektron- eller fotonpåvirkningsmetoder. Det er klart, når det kommer til biomakromolekyler...
Typer af ionisering
Ioniseringsprocessen forløber forskelligt afhængigt af den ladning, som elektronen (positiv eller negativ) er involveret i. En ion bliver positivt ladet, når en elektron, der er bundet til et atom eller molekyle, har nok energi til at overvinde den potentielle elektriske barriere, der holdt det og dermed bryde bindingen med atomet eller molekylet, frigives. Mængden af energi brugt på denne proces kaldes ioniseringsenergi. En negativt ladet ion opstår, når en fri elektron kolliderer med et atom og derefter kommer ind i et energifelt og frigiver overskydende energi.
Generelt kan ionisering opdeles i to typer - sekventiel ionisering Og inkonsekvent ionisering. I klassisk fysik kan kun sekventiel ionisering forekomme. Inkonsekvent ionisering overtræder nogle love i klassisk fysik.
Klassisk ionisering
Fra den klassiske fysiks synspunkt og Bohr-modellen af atomet er atom- og molekylær ionisering fuldstændig deterministisk, hvilket betyder, at ethvert problem kan defineres og løses ved beregninger. Ifølge klassisk fysik er det nødvendigt, at elektronens energi overstiger energiforskellen i den potentielle barriere, som den forsøger at overvinde. I dette koncept er dette berettiget: ligesom en person ikke kan hoppe over en 1 meter høj mur uden at hoppe mindst 1 meter i højden, så kan en elektron ikke overvinde potentialbarrieren på 13,6 eV uden at have mindst samme ladningsenergi.
Positiv ionisering
Ifølge disse to principper skal mængden af energi, der kræves for at frigive en elektron, være større end eller lig med potentialforskellen mellem den aktuelle atombinding eller molekylær orbital og orbital på højeste niveau. Hvis den absorberede energi overstiger potentialet, frigives elektronen og bliver til en fri elektron. Ellers går elektronen i en exciteret tilstand, indtil den absorberede energi forsvinder, og elektronen går ind i en neutral tilstand.
Negativ ionisering
Ifølge disse principper, og givet formen af potentialbarrieren, skal en fri elektron have en energi, der er større end eller lig med potentialbarrieren for at overvinde den. Hvis en fri elektron har energi nok til at gøre dette, forbliver den med en minimal energiladning, resten af energien spredes. Hvis en elektron ikke har nok energi til at overvinde en potentiel barriere, kan den drives af en elektrostatisk kraft beskrevet af Coulombs lov i forhold til en potentiel energibarriere.
Sekventiel ionisering
Sekventiel ionisering er en beskrivelse af, hvordan ioniseringen af et atom eller molekyle foregår. For eksempel kan en ion med en ladning på +2 kun opstå fra en ion med en ladning på +1 eller +3. Det vil sige, at den digitale betegnelse af ladningen kan ændre sig sekventielt, altid skiftende fra et nummer til det næste tilstødende nummer.
Kvante ionisering
I kvantemekanikken er der, udover at ionisering kan ske på den klassiske måde, hvor elektronen har tilstrækkelig energi til at overvinde potentialbarrieren, mulighed for tunnelionisering.
Tunnelionisering
Tunnelionisering er ionisering ved hjælp af en kvantetunnel. Ved klassisk ionisering skal elektronen have energi nok til at overvinde potentialbarrieren, men en kvantetunnel tillader elektronen at bevæge sig frit gennem potentialbarrieren på grund af elektronens bølgenatur. Sandsynligheden for, at en elektrontunnel opstår gennem en barriere, reducerer eksponentielt bredden af den potentielle barriere. Derfor kan en elektron med en højere energiladning overvinde energibarrieren, hvorefter tunnelens bredde reduceres, og chancen for at passere den øges.
Inkonsekvent ionisering
Fænomenet inkonsekvent ionisering opstår, når det lette elektriske felt bliver variabelt og kombineres med tunnelionisering. En elektron, der passerer gennem en tunnel, kan vende tilbage ved hjælp af et vekselfelt. På dette stadium kan det enten kombineres med et atom eller molekyle og frigive overskydende energi, eller gå i yderligere ionisering på grund af kollisioner med partikler med en høj energiladning. Denne yderligere ionisering kaldes inkonsekvent af to grunde:
- Den anden elektron bevæger sig tilfældigt.
- Et atom eller molekyle med en +2 ladning kan opstå direkte fra et atom eller molekyle med en neutral ladning, så ladningen udtrykt som et helt tal ændres inkonsekvent.
Ikke-sekventiel ionisering studeres ofte ved lave laserfeltstyrker, fordi ionisering typisk er konsistent ved høje ioniseringshastigheder.
Fænomenet inkonsekvent ionisering er lettere at forstå i en endimensionel model af atomet, som indtil for nylig var den eneste model, der kunne betragtes numerisk. Dette sker, når vinkelmomentet for begge elektroner forbliver så lavt, at de kan bevæge sig effektivt i et-dimensionelt rum og kan være lineær polarisering, men ikke cirkulær. Man kan betragte to elektroner som et todimensionelt atom, hvor der sker samtidig ionisering af begge atomer, og det er ioniseringen af én todimensionel elektron, som bliver til en sandsynlighedsstråle i en vinkel på 45° på to-elektronen projektion, der opstår fra mange ladede kerner eller et kvadratisk center. På den anden side repræsenterer sekventiel ionisering emissioner fra x- og y-aksen, når en todimensional hyperelektron passerer gennem Coulomb-potentiale kanalerne fra hyperkernerne og derefter går i ionisering under påvirkning af et hyperelektrisk felt ved en vinkel på 45°.
En vigtig energiparameter til at studere kemiske processer er et atoms ioniseringsenergi. I tilfælde af et brintatom er dette den energi, der skal bruges for at fjerne en elektron fra en proton.
Det er lig med summen af systemets potentielle energi og elektronens kinetiske energi.
Ea = E+T= -Z. e/2. R, (2,7)
hvor E a er brintatomets energi.
Af formel (2.7) følger det, at et fald i afstanden mellem elektronen og kernen og en stigning i ladningen af kernen betyder en stigning i elektronens tiltrækningskraft til kernen. Det vil sige, at der skal mere energi til for at fjerne en elektron fra kernen. Jo mere energi der kræves for at bryde denne binding, jo mere stabilt er systemet.
Derfor, hvis det kræver mere energi at bryde en binding (adskille en elektron fra kernen) i et system end i et andet, så er det første system mere stabilt.
Et atoms ioniseringsenergi, den energi, der kræves for at bryde bindinger i et brintatom, er blevet bestemt eksperimentelt. Det er lig med 13,6 eV (elektronvolt). Den energi, der kræves for at fjerne en elektron fra kernen i et atom bestående af en elektron og en kerne, hvis ladning er det dobbelte af ladningen af kernen i et brintatom, blev også bestemt eksperimentelt. I dette tilfælde er det nødvendigt at bruge fire gange mere energi (54,4 eV).
Som det er kendt fra elektrostatik, energi ( T), nødvendigt for at bryde båndet mellem modsatte ladninger ( Z Og e), placeret i afstand fra hinanden R, bestemmes af ligheden
Den er proportional med ladningernes størrelse og omvendt proportional med afstanden mellem dem. Denne sammenhæng er ganske forståelig: Jo større ladningerne er, jo stærkere er deres tiltrækning til hinanden, derfor kræves der mere energi for at bryde båndet mellem dem. Og jo mindre afstanden er mellem dem, jo mere energi skal der bruges på at bryde forbindelsen. Takket være dette bliver det klart, hvorfor et atomsystem, hvor kerneladningen er dobbelt så stor som kerneladningen i et brintatom, er mere stabil og kræver mere energi for at fjerne en elektron.
ELEKTRONAFFINITET partikler (molekyler, atomer, ioner), min. energi A, der kræves for at fjerne en elektron fra den tilsvarende negativ. ion til det uendelige. For partikel X S. til f.eks. henviser til processen:
S. til f.eks. lig med ioniseringsenergien E negativ. ion X - (første ioniseringspotentiale U 1, målt i eV). I analogi med ioniseringspotentialet skelnes der mellem den første og anden solenergi samt vertikal og adiabatisk solenergi. polyatomisk partikel. Termodynamisk definition af S. til e. - standardentalpi af opløsningen (1) ved abs. nul temperatur:
AN A (N A ~Avogadros konstant).
Pålidelige eksperimenter. data om S. til f.eks. atomer og molekyler til svovl. 60'erne 20. århundrede praktisk talt ikke eksisterede. I øjeblikket nægtes brugen af ligevægtsmetoder til produktion og forskning. ioner gjorde det muligt at opnå de første S. til f.eks. for de fleste grundstoffer periodisk. systemer og flere hundredvis af org. og ikke-org. molekyler. Naib. lovende metoder til bestemmelse af S. til e.-fotoelektronspektroskopi (nøjagtighed + 0,01 eV) og massespektrometri. undersøgelse af ligevægten mellem ion-molekylære reaktioner. Kvantemekanik. S.s beregninger til f.eks. ligner beregninger af ioniseringspotentialer. Den bedste nøjagtighed for polyatomiske molekyler er 0,05-0,1 eV.
Den største S. til f.eks. har halogenatomer. For en række elementer S. til f.eks. tæt på nul eller mindre end nul. Det sidste betyder, at for et givet element er den stabile værdi negativ. ion eksisterer ikke. I tabel Tabel 1 viser værdierne af S. til e. atomer opnået ved fotoelektronspektroskopi (arbejde af W. Lineberger og kolleger).
ELEKTRONEGATIVITET, en mængde, der karakteriserer et atoms evne til at polarisere kovalente bindinger. Hvis elektronerne, der danner bindingen, i et diatomisk molekyle A - B tiltrækkes stærkere til atom B end til atom A, anses atom B for at være mere elektronegativt end A.
L. Pauling foreslog (1932) for mængder. elektronegativitet karakteristika bruger termokemisk. data om energien af bindinger A-A, B - B og A - B - henholdsvis. E AA, E cc og E AB. Energien af en hypotetisk rent kovalent binding A - B (E cov) antages at være lig med det aritmetiske gennemsnit. eller geometrisk middelværdi værdierne af E AA og E BB. Hvis elektronegativiteten af atomerne A og B er forskellige, ophører A - B-bindingen med at være rent kovalent, og bindingsenergien E AB vil være større end E kovalent med mængden
Jo større forskellen er i elektronegativitet af atom A og B, jo større er værdien ved at bruge empiri. influenza 
(en faktor på 0,208 opstår ved konvertering af energiværdier fra kcal/mol til eV) og tager en vilkårlig elektronegativitetsværdi på 2,1 for brintatomet, opnåede Pauling en bekvem relativ skala. numeriske værdier for elektronegativitet, hvoraf nogle er angivet i tabellen. Naib. Den letteste af halogenerne, F, er elektronegativ, den mindst tunge er de tunge alkalimetaller.
For mængder. beskrivelser af elektronegativitet, foruden termokemiske. data, data om molekylers geometri (for eksempel Sandersons metode), spektrale karakteristika (for eksempel Gordys metode) bruges også.
ATOMRADIUS, effektive egenskaber ved atomer, der gør det muligt at tilnærmelsesvis estimere den interatomiske (internukleære) afstand i molekyler og krystaller. Ifølge kvantemekanikkens begreber har atomer ikke klare grænser, men sandsynligheden for at finde en elektron forbundet med en given kerne i en vis afstand fra denne kerne falder hurtigt med stigende afstand. Derfor tildeles en vis radius til atomet, idet man tror, at langt størstedelen af elektrondensiteten (90-98%) er indeholdt i denne radius' sfære. Atomradius er meget små værdier i størrelsesordenen 0,1 nm, men selv små forskelle i deres størrelser kan påvirke strukturen af krystaller bygget af dem, ligevægtskonfigurationen af molekyler osv. Eksperimentelle data viser det hos mange I tilfælde er den korteste afstand mellem to atomer faktisk omtrent lig med summen af de tilsvarende atomradier (det såkaldte princip om additivitet af atomradier). Afhængigt af typen af binding mellem atomer skelnes metalliske, ioniske, kovalente og van der Waals atomradier.
Metallisk radius er lig med halvdelen af den korteste afstand mellem atomer i en krystallinsk. metal struktur. Dens værdi afhænger af koordineringen. tal K (antal nærmeste naboer til et atom i strukturen). De mest almindelige strukturer er metaller med K = 12. Hvis vi tager værdien af atomradierne i sådanne krystaller som 1, så vil atomradierne for metaller med K lig med 8, 6 og 4 være hhv. 0,98, 0,96 og 0,88. Nærheden af værdierne af atomare radier dekomp. metaller - en nødvendig (omend ikke tilstrækkelig) betingelse for, at disse metaller danner faste substitutionsopløsninger. Flydende K og Li (hhv. radii 0,236 og 0,155 nm) blandes således normalt ikke, og K med Rb og Cs danner en kontinuerlig række af faste opløsninger (hhv. radii Rb og Cs, 0,248 og 0,268 nm). Additivitet af metallisk atomare radier gør det muligt at forudsige krystallinske parametre med moderat nøjagtighed. intermetalliske riste forbindelser.
Ioniske radier bruges til at tilnærme estimater af de korteste interne nukleare afstande i ionkrystaller, idet det antages, at disse afstande er lig med summen af de tilsvarende ioniske radier af atomer. Der er flere systemer med ioniske radiusværdier, der adskiller sig for individuelle ioner, men som fører til omtrent de samme indre nukleære afstande i ionkrystaller. Ioniske radier blev først bestemt i 1920'erne. 20. århundrede V. M. Goldshmidt, der påberåbte sig refraktometrisk. værdierne af radierne F - og O 2 - er lig med hhv. 0,133 og 0,132 nm. I L. Paulings system tages radius af O 2- ionen som basis, lig med 0,140 nm, i det fælles system af N.V. Belov og G.B. Bokiy, er radius af den samme ion taget lig med 0,136 nm K. Shannons system -0,121 nm (K = 2).
Den kovalente radius er lig med halvdelen af længden af et enkelt kemikalie. X-X-bindinger, hvor X er et ikke-metalatom. For halogener er den kovalente atomradius halvdelen af den indre nukleære afstand i X 2-molekylet, for S og Se - i X 8, for C - i en diamantkrystal. De kovalente radier af henholdsvis F, Cl, Br, I, S, Se og C er lige store. 0,064, 0,099, 0,114, 0,133, 0,104, 0,117 og 0,077 nm. Den kovalente radius af hydrogen antages at være 0,030 nm, selvom halvdelen af længden af H-H-bindingen i H 2-molekylet er 0,037 nm. Ved at bruge reglen om additivitet af atomare radier forudsiges bindingslængder i polyatomiske molekyler. For eksempel skal længderne af CH-, C-F og C-C1-bindingerne være henholdsvis 0,107, 0,141 og 0,176 nm, og de er faktisk omtrent lig med de angivne værdier i mange. org. molekyler, der ikke indeholder flere carbon-carbon-bindinger; ellers falder de tilsvarende internukleare afstande.
Van der Waals radier bestemmer de effektive størrelser af ædelgasatomer. Det menes også, at disse radier er lig med halvdelen af den interne nukleære afstand mellem de nærmeste identiske atomer, der ikke er kemisk bundet til hinanden. kommunikation, dvs. tilhørende forskellige molekyler, f.eks. i molekylære krystaller. Værdierne af van der Waals radier findes ved hjælp af princippet om additivitet af atomare radier fra de korteste kontakter af nabomolekyler i krystaller. I gennemsnit er de ~0,08 nm større end de kovalente radier. Kendskab til van der Waals radier gør det muligt at bestemme konformationen af molekyler og deres pakning i molekylære krystaller. Energetisk gunstige konformationer af molekyler er sædvanligvis dem, hvor overlapningen af van der Waals-radier af valens-ubundne atomer er lille. Van der Waals sfærer af valensbundne atomer inden for et molekyle overlapper hinanden. Udv. omridset af de overlappende kugler bestemmer molekylets form. Molekylære krystaller adlyder princippet om tæt pakning, ifølge hvilket molekylerne, modelleret af deres "van der Waals-kanter", er arrangeret, så "fremspringene" af et molekyle passer ind i "hulrummene" i et andet. Ved hjælp af disse ideer kan man fortolke det krystallografiske. data, og i nogle tilfælde forudsige strukturen af molekylære krystaller.
Billet 6.
Kemisk binding.
Dannelsen af molekyler, molekylære ioner, ioner, krystallinske, amorfe og andre stoffer fra atomer er ledsaget af et fald i energi sammenlignet med ikke-interagerende atomer. I dette tilfælde svarer minimumsenergien til et bestemt arrangement af atomer i forhold til hinanden, hvilket svarer til en betydelig omfordeling af elektrondensiteten. De kræfter, der holder atomer sammen i nye formationer, har fået det generelle navn "kemisk binding". De vigtigste typer kemiske bindinger: ioniske, kovalente, metalliske, hydrogen, intermolekylære.
Ifølge den elektroniske valensteori opstår en kemisk binding på grund af omfordelingen af elektroner i valensorbitaler, hvilket resulterer i en stabil elektronisk konfiguration af en ædelgas (oktet) på grund af dannelsen af ioner (W. Kossel) eller dannelsen af delte elektronpar (G. Lewis).
En kemisk binding er karakteriseret ved energi og længde. Et mål for styrken af en binding er den energi, der bruges på at bryde bindingen, eller gevinsten i energi ved dannelse af en forbindelse fra individuelle atomer (Eb). Der bruges således 435 kJmol √1 på at bryde H√H-bindingen, og 1648 kJmol √1 bruges på forstøvning af methan CH 4 √ 1648 kJmol √1, i dette tilfælde E C√H = 1648: 4 = 412. Bindingslængde (nm) √ afstand mellem kerner i en bestemt forbindelse. Typisk er bindingslængden og dens energi modsatrettede: Jo længere bindingslængden er, jo lavere er dens energi.
En kemisk binding er normalt repræsenteret af linjer, der forbinder vekselvirkende atomer; hvert slag svarer til et generaliseret elektronpar. I forbindelser, der indeholder mere end to atomer, er en vigtig egenskab bindingsvinklen dannet af de kemiske bindinger i molekylet og afspejler dets geometri.
Polariteten af et molekyle bestemmes af forskellen i elektronegativitet af atomerne, der danner en to-centerbinding, molekylets geometri, samt tilstedeværelsen af enlige elektronpar, da en del af elektrontætheden i molekylet kan lokaliseres ikke i retning af obligationerne. Polariteten af en binding udtrykkes gennem dens ioniske komponent, det vil sige gennem forskydningen af et elektronpar til et mere elektronegativt atom. Polariteten af en binding kan udtrykkes gennem dens dipolmoment m, lig med produktet af den elementære ladning og længden af dipolen *) m = e l. Polariteten af et molekyle udtrykkes gennem dets dipolmoment, som er lig med vektorsummen af alle dipolmomenter af molekylets bindinger.
*) Dipol er et system af to lige store, men modsatte ladninger placeret i en enhedsafstand fra hinanden. Dipolmoment måles i coulomb meter (Cm) eller debyes (D); 1D = 0,33310 √29 Klm.
Alle disse faktorer bør tages i betragtning. For eksempel for et lineært molekyle CO 2 m = 0, men for SO 2 m = 1,79 D på grund af dets vinkelstruktur. Dipolmomenter af NF 3 og NH 3 med samme hybridisering af nitrogenatomet (sp 3), omtrent den samme polaritet af N√F- og N√H-bindingerne (OEO N = 3; OEO F = 4; OEO H = 2,1 ) og lignende molekylær geometri adskiller sig væsentligt, da dipolmomentet for det enlige par nitrogenelektroner under vektortilsætning i tilfælde af NH 3 øger molekylets m, og i tilfælde af NF 3 reducerer det det.
IONISERING- omdannelsen af elektrisk neutrale atompartikler (atomer, molekyler) som følge af omdannelsen af en eller flere af dem. elektroner i polo-ioner og frie elektroner. Ioner kan også ioniseres, hvilket fører til en stigning i deres forhold. (Neutrale atomer og molekyler kan i særlige tilfælde og tilføje elektroner, ca negative ioner.)Udtrykket "I." betegnet som en elementær handling (aktiviteten af et atom, et molekyle) og et sæt af mange sådanne handlinger (aktiviteten af en gas, en knogle). Grundlæggende Energimekanismerne er følgende: kollisionsenergi (kollisioner med elektroner, ioner, atomer); I. lys (fotoionisering); feltionisering; I. når det interagerer med overfladen af et fast legeme ( overfladeionisering); De første to typer af I diskuteres nedenfor. Kollisionsionisering er den vigtigste mekanisme for stråling i gasser og plasma. Den elementære handling af I. er karakteriseret ved eff. tværsnit ionisering s i [cm 2], afhængigt af typen af kolliderende partikler, deres kvantetilstande og hastighed. Når man analyserer energiens kinetik, bruges begreberne energihastighed.<v er jeg ( v)>, som karakteriserer det ioniseringstal, som en ioniserende partikel kan producere på 1 s:
Her v- hastighed relaterer sig, bevægelse og F(v)- funktion af fordeling af ioniserende partikler efter hastighed. Sandsynlighed for ionisering w i af et givet atom (molekyle) pr. tidsenhed ved tæthed N antallet af ioniserende partikler er relateret til strålingens hastighed Den afgørende rolle i gasser spilles af elektronpåvirkning (kollisioner med kombineret 
Ris. 1. Ionisering af brintatomer og molekyler ved elektronpåvirkning; 1 - H-atomer; 2-H2-molekyler (eksperimentelle kurver); 3 - H-atomer (teoretisk beregning, Born-tilnærmelse); 4
- udregning
elektroner). Den dominerende proces er fjernelse af én elektron elektron - fjernelse af én (normalt ekstern) elektron fra et atom. Kinetisk. energien af den ioniserende elektron skal være større end eller lig med bindingsenergien for elektronen i atomet. Min. kinetisk værdi energi af den ioniserende elektron kaldes. ioniseringstærskel (grænse). Tværsnittet af elektronpåvirkningen af atomer, molekyler og ioner er nul ved tærsklen og stiger (ca. lineært) med stigende kinetik. energi, når en maksimal værdi ved energier svarende til flere (2-5) tærskelværdier og falder derefter med yderligere vækst af kinetisk. energi. Positionen og værdien af det maksimale tværsnit afhænger af atomtypen. I fig. 1 viser ionisering. kurver (brinttværsnittets afhængighed af energi) for brintatomet og molekylet. I tilfælde af komplekse (multi-elektron) atomer og molekyler kan der være flere. maksima afhængig af tværsnittet af energi. Udseendet vil komplementere tværsnitsmaksima i området for kollisionsenergier mellem den tærskel, der svarer til det fundamentale. maksimum, er normalt forbundet med interferens af direkte stråling med excitationen af en af de diskrete tilstande (og den efterfølgende stråling af sidstnævnte) i samme kollisionshændelse. I fig. 2 er synlig sådan vil blive tilføjet, maksimum i begyndelsen. dele ionisering kurve for Zn. Ekstra maksima i energiområdet, der overstiger værdien svarende til grundværdien. maksimalt tværsnit forklares ved excitation autoioniseringstilstande eller I. ext. atomets skaller. Sidstnævnte processer kan betragtes uafhængigt, da deres bidrag til stråling er forbundet med andre elektronskaller i atomet. 
Ris. 2. Ionisering af Zn-atomer ved elektronpåvirkning nær tærsklen.
Sammen med enkeltelektronelektroner er det muligt at fjerne to eller flere elektroner i en kollisionshændelse, forudsat at kinetikken energi er større end eller lig med den tilsvarende energi I. Tværsnittet af disse processer i flere. gange (for to- og tre-elektroner) eller flere gange. størrelsesordener (for multielektron processer) er mindre end tværsnittene for enkelt-elektron stråling Derfor, i kinetikken af stråling af gasser og plasmaer, de vigtigste Rollen spilles af processerne af en-elektron I. og en-elektron excitation autoionisering. stater. Elektronetværsnittet af et atom eller en ion kan repræsenteres som:
hvor a 0 =0,529,10 -8 cm - Bohr radius; R=13,6 eV -t. n. Rydberg energienhed, lig med energien af brintatomet fra det grundlæggende. stater (se Rydberg konstant;)E jeg- energi af den betragtede tilstand af atomet eller ionen; n l- antallet af ækvivalente elektroner i et atoms skal; l- værdien af begyndelsens orbitale moment. elektrontilstande; værdi u=(E-E jeg)/E jeg der er forskel i kinetik indfaldende elektronenergi E og ioniseringstærskel E jeg, udtrykt i enheder af E jeg. Funktionerne Ф(u) beregnes og tabuleres for et stort antal atomer og ioner i . Ved høje energier af den indfaldende elektron EдE jeg gælder forstyrrelsesteori første ordre (såkaldt Født tilnærmelse I dette tilfælde for I. hydrogenatomet fra basen. statens funktion
I områder med lav og middel energi af den indfaldende elektron (uхl), den vigtigste effekt, der påvirker værdien af s jeg, er en udvekslingseffekt forbundet med identiteten af de indfaldende elektroner og dem, der er slået ud af atomet. Beregning s jeg En-elektron energi inden for rammerne af perturbationsteori, under hensyntagen til udvekslingseffekten, fører til tilfredsstillende overensstemmelse med eksperimentet for de fleste atomer og ioner. Forbedring (og komplikation) af beregningsmetoder gør det muligt at beskrive den detaljerede struktur af ionisering. kurver, samt fordelingen af frigivne elektroner efter energi og spredningsvinkel (dvs. differentielt tværsnit). Ovenstående hastighed af I. (1), under antagelse af en Maxwellsk fordeling af elektronhastigheder, kan repræsenteres i formen
hvor b =
E i/kT, T- temp-pa af ioniserende elektroner. Funktionerne G(b) beregnes og tabuleres for et stort antal atomer og ioner. Som det kan ses af formlerne (2) og (4), med stigende ionladning Z() tværsnit I. falder proportionalt. Z-4, og hastigheden er I. Med en stigning i energien af den indfaldende elektron er det energetisk muligt for en af elektronerne at blive slået ud 
Ris. 3. Ionisering af hydrogenatomet med protoner: 1 - eksperimentelle data; 2 - beregning i Born-tilnærmelsen; 3 - beregning.
indre skaller ( K, L, . ..)flerelektronatomer (eller ioner). De tilsvarende strømme og hastigheder er også beskrevet med formlerne (2) og (4). Men oprettelsen af en ledig stilling i den interne shell fører til dannelsen af autoionisering. atomets tilstand, som er ustabil og desintegrerer ved fjernelse af et eller flere fra atomet. elektroner og fotoner ( Snegleffekt).Men tværsnittet af denne proces er meget mindre end tværsnittet af I. ext. skal derfor, i plasma, er den dominerende mekanisme for dannelsen af flerladede ioner sekventiel I. ext. skaller. 
I tætte gasser og med højintensive strømme af bombarderende partikler med kinetik. energi 
Ris. 5. Ionisering af molekylært hydrogen med brintatomer (kurve 1
) og protoner (kurve 2 )
.
Udstrålingen af atomer og molekyler i kollisioner med neutrale atomer forklares af de samme mekanismer som ved kollisioner med ioner, men som regel er den kvantitativt mindre effektiv. I fig. 5 er givet til sammenligning af ionisering. kurver for ionisering af molekylært brint af brintatomer og protoner. Når atomare partikler interagerer, kan elektroner fjernes ikke kun fra målpartikler, men også fra bombarderende partikler (fænomenet med at "strippe" hurtige ioner eller atomer, når de passerer gennem en gas eller plasma). Indfaldende ioner kan også fange elektroner fra ioniserede partikler – dvs. ionladningsudveksling. Den "kvasimolekylære" natur af processerne ved kollisioner af atompartikler ved lave hastigheder kan føre til en mere effektiv dannelse af ioner med en ladning større end enheden end ved elektroniske kollisioner (ved samme hastigheder). Ioniseringstværsnit vil støde sammen. processer er eksperimentelt studeret i krydsede bjælker ved hjælp af coincidence-teknikken. Denne metode er den mest nøjagtige og giver et detaljeret billede af differentialværdierne. og totale tværsnit og deres afhængighed af fysisk parametre. I. hastigheder kan opnås spektroskopisk med god nøjagtighed. metode, når man studerer strålingen fra et veldiagnosticeret plasma (se. Plasma diagnostik). I dette tilfælde er det nødvendigt at have pålidelige data om temperaturen (fordelingsfunktion) af partikler og deres tæthed. Denne metode er med succes blevet brugt til at studere elektronpåvirkningen af multiple ladede (Za10) ioner. Ionisering ved lys (fotoionisering) - processen med stråling af atomare partikler som følge af absorption af fotoner. I svage lysfelter forekommer enkeltfotonstråling I lysfelter med høj intensitet er det muligt multifoton ionisering For eksempel er frekvensen af laserstråling normalt utilstrækkelig til, at absorptionen af en foton forårsager stråling. Den ekstremt høje fluxtæthed af fotoner i en laserstråle gør eksperimentelt mulig stråling med absorption af 7-9 fotoner blev observeret i sjældne dampe af alkalimetaller. I modsætning til stråling i kollisioner er tværsnittet af stråling fra en foton ikke lig med nul ved strålingstærsklen, men er normalt maksimalt og falder med stigende fotonenergi. Imidlertid er maksima mulige i ioniseringskurven ud over ioniseringstærsklen, afhængigt af atomernes struktur. I fig. Figur 6 viser afhængigheden af fotoioniseringstværsnittet for Na- og Li-atomer. For brintatomet og hydrogenlignende ioner er der en nøjagtig teori om fotoioniseringsprocesser. Eff. fotoionisering tværsnit fra grundlæggende. tilstand er lige
hvor a= 1/137 - fin struktur konstant,w g - begrænsende renhed af fotoionisering, w - fotonfrekvens og 
. For hydrogenatomet wg = 109678,758 cm-1 (1 1216 E). (I spektroskopi er frekvensen ofte angivet i "omvendt" cm, dvs. ~1/l.) Nær fotoioniseringsgrænsen (w-w g bw g)
væk fra grænsen (w-w g dw g)
Tværsnittet for fotoionisering fra exciterede tilstande falder med stigende h. kvantetal n proportional n -5 (for n/Z). Fotoioniseringstværsnittet s f er relateret til koefficienten. 
Ris. 6. Fotoionisering af alkalimetalatomer: lithium (1 - eksperiment; 2 - beregning) og natrium (3 - eksperiment; 4 - beregning).
fotoabsorption af en foton med en fast frekvens som følger:
Her tages summen over alle niveauer af atomet, for hvilke fotoionisering er energetisk mulig, og N n er tætheden af antallet af atomer i tilstand n. Beregning af tværsnit og sammenligning med forsøg. data (inklusive for ikke-brintlignende atomer) er angivet i. Fotoioniseringstværsnittet er 2-3 størrelsesordener lavere end s jeg under kollisioner. De samme mønstre karakteriserer I. indre. skaller af atomer (i dette tilfælde Z giver mening eff. ladning af kernen, i hvilket felt elektronen bevæger sig). Fotoionisering af dyb indre skaller af atomer, i modsætning til elektronpåvirkning, har praktisk talt ingen effekt på eksterne elektroner. skaller, dvs. det er en meget selektiv proces. Auger-effekten, der ledsager elimineringen af en ledig stilling i det indre skal, fører til dannelsen af en mangedobbelt ladet ion. I dette tilfælde kan der dannes flere ioner. grader af mangfoldighed. I tabel Beregnede og observerede værdier af gns. ladninger af ioner for visse atomer.
Tabel - Beregnede og observerede værdier af gennemsnitlige ionladninger
Fotoionisering studeres eksperimentelt ved at måle koefficienten. absorption, registrering af antallet af dannede ioner, måling af rekombination. stråling (tværsnit af den omvendte proces - fotorekombination). Fotoionisering spiller en væsentlig rolle i ioniseringsbalancen af atmosfærens øverste lag, planetariske tåger, udsat for ioniserende stråling fra stjerner osv. Ioniserede gasser og væsker har elektrisk ledningsevne, som ligger til grund for deres nedbrydning. applikationer. Dette gør det også muligt at måle graden af stråling af disse miljøer - forholdet mellem ladningskoncentration. partikler til den oprindelige koncentration af neutrale partikler. Der dannes gas med en høj grad af ilt plasma. Den omvendte proces af I. er rekombination af ioner og elektroner, forbundet med ionisering. processer og relationer, der følger af principperne om detaljeret ligevægt. I. og rekombinationsprocesser spiller en vigtig rolle i alle elektriske processer. udledninger i gasser og andre. gasudledningsanordninger. Lit.: 1) Donets E. D., Ovsyannikov V. P., Studie af ionisering af positive ioner ved elektronpåvirkning, "JETP", 1981, v. 80, s. 916; 2) Peterkop R.K., Theory of ionization of atoms by electron impact, Riga, 1975; 3) Vainshtein L.A., Sobelman I.I., Yukov E.A., excitation af atomer og udvidelse af spektrallinjer, M., 1979; 4) Drukarev G.F., Collisions of electronics with atoms and molecules, M., 1978; 5) Massey N. S. W., Gilbodu N. V., Elektroniske og ioniske stødfænomener, v. 4, Oxf., 1974; 6) Messi G., Barhop E., Elektroniske og ionkollisioner, trans. fra engelsk, M., 1958; 7) Janev R.K., Presnyakov L.P., Kollisionsprocesser af multipliceret ladede ioner med atomer, "Phys. Repts", 1981, v. 70, nr. 1; 8) Shah M.V., Gilbody N.V., Eksperimentel undersøgelse af ionisering af atomært brint ved hjælp af hurtigt multipliceret ladede ioner af kulstof, nitrogen og oxygen, "J. Phys. V.", 1981, v. 14, s. 2831; 9) Sobelman I.I., Introduktion til teorien om atomspektre, M., 1977. L. P. Presnyakov.
