Степень ионизации

Плазменная лампа , иллюстрирующая низкая степень ионизации (т.е. частично ионизированный газ)

Степень ионизации (также известный как выход ионизации в литературе) относится к доле нейтральных частиц, таких , как те , в газе или водном растворе, которые ионизированных для заряженных частиц. Для электролитов это можно понимать как способность кислоты / основания ионизироваться. Низкая степень ионизации иногда называется частично ионизированной (также слабо ионизированной ), а высокая степень ионизации - полностью ионизированной . Однако полная ионизация может также означать, что у иона не осталось электронов. ^[1]

Ионизация относится к процессу, при котором атом или молекула теряет один или несколько электронов со своей атомной орбитали или, наоборот, получает дополнительный электрон от поступающего свободного электрона (прилипание электронов). В обоих случаях атом или молекула перестают быть нейтральной частицей и становятся носителем заряда . Если разновидность потеряла один или несколько электронов, она становится положительно заряженной и называется положительным ионом или катионом . Напротив, если разновидность получила один или несколько дополнительных электронов, она становится отрицательно заряженной и называется отрицательным ионом, илианион . Отдельные свободные электроны и ионы в плазме имеют очень короткое время жизни, обычно меньше микросекунды , поскольку ионизация и рекомбинация , возбуждение и релаксация являются коллективными непрерывными процессами. ^[2]

Использование химии [ править ]

Степень диссоциации & alpha ; (также известная как степень ионизации), является способом представления силы кислоты. Он определяется как отношение количества ионизированных молекул к количеству молекул, растворенных в воде. Его можно представить в виде десятичного числа или в процентах. Можно отнести к сильным кислотам те, которые имеют степень ионизации выше 30%, слабые кислоты - к кислотам с α ниже 30%, а остальные - к умеренным кислотам при определенной молярной концентрации.

Использование физики [ править ]

В газах степень ионизации относится к пропорции нейтральных частиц, которые ионизируются в заряженные частицы:${\ displaystyle \ alpha}$

${\displaystyle \alpha ={\frac {n_{i}}{n_{i}+n_{n}}}}$

где - плотность ионов и нейтральная плотность (в частицах на кубический метр). Это безразмерное число, чаще всего выражаемое в процентах.${\displaystyle n_{i}}$${\displaystyle n_{n}}$

В плазме частота столкновений электронов с ионами намного больше, чем частота столкновений электронов с нейтралью . Следовательно, при слабой степени ионизации частота столкновений электронов с ионами может равняться частоте столкновений электронов с нейтралью: это предел, отделяющий плазму от частичной или полной ионизации.${\displaystyle \nu _{ei}}$${\displaystyle \nu _{en}}$${\displaystyle \alpha }$${\displaystyle \nu _{ei}=\nu _{en}}$

Термин полностью ионизированный газ, введенный Лайманом Спитцером , не означает, что степень ионизации равна единице, а означает только то, что плазма находится в режиме преобладания кулоновских столкновений , то есть когда , что может соответствовать степени ионизации до 0,01%. ^[2]${\displaystyle \nu _{ei}>\nu _{en}}$

Частично или слабо ионизированный газ означает , что плазма не доминирует кулоновские столкновения , т.е. когда .${\displaystyle \nu _{ei}<\nu _{en}}$

Иногда «полностью ионизированный» означает, что орбитальных электронов не осталось. ^[1] Частным случаем полностью ионизированных газов является очень горячая термоядерная плазма , такая как плазма, искусственно созданная в результате ядерных взрывов или естественным образом образованная на нашем Солнце и во всех звездах во Вселенной. Звезды содержат в основном водород и гелий, которые полностью ионизированы на электроны, протоны (H ⁺ ) и ионы гелия (He ⁺⁺ ). Уравнения, описывающие такую ​​очень горячую, полностью ионизованную термоядерную плазму в присутствии звездных магнитных полей, можно аппроксимировать идеальными законами магнитогидродинамики с высоким магнитным числом Рейнольдса .

История [ править ]

Ионизированная материя была впервые обнаружена в газоразрядной трубке (или трубке Крукса ) и описана сэром Уильямом Круксом в 1879 году (он назвал ее «сияющей материей»). ^[3] Природа вещества « катодного луча » трубки Крукса была впоследствии определена английским физиком сэром Дж. Дж. Томсоном в 1897 г. ^[4] и названа «плазмой» Ирвингом Ленгмюром в 1928 г. ^[5], возможно, потому что она напомнила ему плазма крови . ^[6]

См. Также [ править ]

• Список статей по плазме (физике)

Сноски [ править ]