Степень ионизации

Степень ионизации (также известная в литературе как выход ионизации ) относится к доле нейтральных частиц, например, в газе или водном растворе, которые ионизированы . Для электролитов это можно понимать как способность кислоты/основания ионизировать себя. Низкую степень ионизации иногда называют частично ионизированной (также слабоионизованной ), а высокую степень ионизации — полностью ионизированной . Однако термин « полностью ионизированный» также используется для описания иона, у которого не осталось электронов. ^[1]

Ионизация относится к процессу, при котором атом или молекула теряет один или несколько электронов со своей атомной орбитали или, наоборот, приобретает дополнительный из поступающего свободного электрона (присоединение электрона). В обоих случаях атом или молекула перестает быть нейтральной частицей и становится носителем заряда . Если вид потерял один или несколько электронов, он становится положительно заряженным и называется положительным ионом или катионом . Напротив, если вещество приобрело один или несколько дополнительных электронов, оно становится отрицательно заряженным и называется отрицательным ионом или анионом . Отдельные свободные электроны и ионы в плазме имеют очень короткую жизнь, обычно меньше микросекунды , поскольку ионизация и рекомбинация , возбуждение и релаксация являются коллективными непрерывными процессами. ^[2]

Использование химии

Степень диссоциации α (также известная как степень ионизации) представляет собой способ представления силы кислоты. Он определяется как соотношение количества ионизированных молекул и количества молекул, растворенных в воде. Оно может быть представлено в виде десятичных чисел или в процентах. При определенной молярной концентрации к сильным кислотам можно отнести те, которые имеют степень ионизации выше 30%, к слабым — те, у которых α ниже 30%, а остальные — к умеренным кислотам.

Использование физики

В физике плазмы степень ионизации $\alpha$ относится к доле нейтральных частиц, которые ионизируются:

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

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

Термины «фракционная ионизация» и «доля ионизации» также используются для описания доли ионизированных нейтральных частиц или доли свободных электронов. ^[3]^[4]

Применительно к атому слово «полностью ионизировано» означает, что в нем не осталось связанных электронов , в результате чего ядро остается голым . Частным случаем полностью ионизованных газов является очень горячая термоядерная плазма , такая как плазма, искусственно созданная в результате ядерных взрывов или естественным образом образовавшаяся на Солнце и всех звездах во Вселенной. Обычные звезды в основном содержат водород и гелий , которые полностью ионизированы в протоны (H ⁺) и альфа-частицы (He ²⁺).

История

Ионизированное вещество было впервые обнаружено в разрядной трубке (или трубке Крукса ) и описано сэром Уильямом Круксом в 1879 году (он назвал это «лучистой материей»). ^[5] Природа » трубки Крукса вещества « катодных лучей была впоследствии определена английским физиком сэром Дж. Дж. Томсоном в 1897 году. ^[6] и названный Ирвингом Ленгмюром «плазмой» в 1928 году. ^[7] возможно, потому, что это напомнило ему плазму крови . ^[8]

Сноски

^ Мотидзуки, Ю.; Такахаши, К.; Янка, Х.-Т.; Хиллебрандт, В.; Диль, Р. (2008). «Титан-44: его эффективная скорость распада в остатках молодых сверхновых и его содержание в Cas A». Астрономия и астрофизика . 346 (3): 831–842. arXiv : astro-ph/9904378 .
^ Чепмен, Брайан (25 сентября 1980 г.). Процессы тлеющего разряда: напыление и плазменное травление . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0471078289 . Архивировано из оригинала 1 октября 2020 года . Проверено 7 апреля 2018 г.
^ Дженкинс, Эдвард Б. (21 января 2013 г.). «ФРАКЦИОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ ТЁПЛОЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ МЕЖЗВЕЗДНОЙ СРЕДЫ». Астрофизический журнал . 764 (1): 25. arXiv : 1301.3144 . дои : 10.1088/0004-637X/764/1/25 .
^ Казелли, П.; Уолмсли, CM; Терзиева Р.; Хербст, Эрик (20 мая 1998 г.). «Фракция ионизации в ядрах плотных облаков». Астрофизический журнал . 499 (1): 234–249. дои : 10.1086/305624 .
↑ Крукс прочитал лекцию Британской ассоциации содействия развитию науки в Шеффилде в пятницу, 22 августа 1879 г. [1]. Архивировано 9 июля 2006 г. в Wayback Machine [2].
^ Объявлено в его вечерней лекции в Королевском институте в пятницу, 30 апреля 1897 г., и опубликовано в Philosophical Magazine , 44, 293 [3]
^ И. Ленгмюр, « Колебания в ионизированных газах », Proc. Натл. акад. наук. США , том. 14, с. 628, 1928 г.
^ Г. Л. Рогофф, Эд., Транзакции IEEE по науке о плазме , том. 19, с. 989, декабрь 1991 г. См. выдержку по адресу: «Коалиция науки о плазме - Что такое плазма?» . Архивировано из оригинала 20 апреля 2006 года . Проверено 24 мая 2006 г.

[ti44-1] Мотидзуки, Ю.; Такахаши, К.; Янка, Х.-Т.; Хиллебрандт, В.; Диль, Р. (2008). «Титан-44: его эффективная скорость распада в остатках молодых сверхновых и его содержание в Cas A». Астрономия и астрофизика . 346 (3): 831–842. arXiv : astro-ph/9904378 .

[Chapman_1980-2] Чепмен, Брайан (25 сентября 1980 г.). Процессы тлеющего разряда: напыление и плазменное травление . Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья. ISBN 978-0471078289 . Архивировано из оригинала 1 октября 2020 года . Проверено 7 апреля 2018 г.

[3] Дженкинс, Эдвард Б. (21 января 2013 г.). «ФРАКЦИОННАЯ ИОНИЗАЦИЯ ТЁПЛОЙ НЕЙТРАЛЬНОЙ МЕЖЗВЕЗДНОЙ СРЕДЫ». Астрофизический журнал . 764 (1): 25. arXiv : 1301.3144 . дои : 10.1088/0004-637X/764/1/25 .

[4] Казелли, П.; Уолмсли, CM; Терзиева Р.; Хербст, Эрик (20 мая 1998 г.). «Фракция ионизации в ядрах плотных облаков». Астрофизический журнал . 499 (1): 234–249. дои : 10.1086/305624 .

[5] Крукс прочитал лекцию Британской ассоциации содействия развитию науки в Шеффилде в пятницу, 22 августа 1879 г. [1]. Архивировано 9 июля 2006 г. в Wayback Machine [2].

[6] Объявлено в его вечерней лекции в Королевском институте в пятницу, 30 апреля 1897 г., и опубликовано в Philosophical Magazine , 44, 293 [3]

[langmuir1928-7] И. Ленгмюр, « Колебания в ионизированных газах », Proc. Натл. акад. наук. США , том. 14, с. 628, 1928 г.

[8] Г. Л. Рогофф, Эд., Транзакции IEEE по науке о плазме , том. 19, с. 989, декабрь 1991 г. См. выдержку по адресу: «Коалиция науки о плазме - Что такое плазма?» . Архивировано из оригинала 20 апреля 2006 года . Проверено 24 мая 2006 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]