Степень ионизации

редактировать

A плазменная лампа, иллюстрирующий низкую степень ионизации (т.е. частично ионизированный газ)

Степень ионизации (также известная в литературе как выход ионизации) относится к пропорции нейтральных частиц, таких как частицы в газ или водный раствор, ионизированные до 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.

Ионизация относится к процессу, при котором атом или молекула теряет один или несколько электрон со своей атомной орбитали, или, наоборот, получает дополнительный, от входящего свободного электрона (прилипание электрона). В обоих случаях атом или молекула больше не является нейтральной частицей и становится носителем заряда. Если компонент потерял один или несколько электронов, он становится положительно заряженным и называется положительным ионом или катионом. Напротив, если разновидность получила один или несколько дополнительных электронов, она становится отрицательно заряженной и называется отрицательным ионом или анионом. Отдельные свободные электроны и ионы в плазме имеют очень короткое время жизни, обычно меньше, чем микросекунды, как ионизация и рекомбинация, возбуждение и релаксация являются коллективными непрерывными процессами.

Содержание

1 Использование химии
2 Использование физики
3 История
4 См. также
5 Сноски

Использование химии

степень диссоциации α (также известная как степень ионизации), представляет собой способ 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

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

α = nini + nn {\ displaystyle \ alpha = {\ frac {n_ {i}} {n_ {i} + n_ {n}}}}

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

где $ni {\ displaystyle n_ {i}}$ $n_ {i}$ - это плотность ионов, а $nn {\ displaystyle n_ {n}}$ $n_n$ нейтральная плотность (в частицах на кубический метр). Это безразмерное число, в большинстве случаев выражаемое в процентах.

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

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

Частично или Слабоионизированный газ означает, что в плазме не доминируют кулоновские столкновения, т.е. когда $ν ei < ν e n {\displaystyle \nu _{ei}<\nu _{en}}$ ${\ displaystyle \ nu _ {ei} <\ nu _ {en}}$ .

Иногда «полностью ионизированный» означает, что орбитальных электронов не осталось. Частным случаем полностью ионизированных газов являются очень горячая термоядерная плазма, такая как плазма, искусственно созданная ядерными взрывами или естественным образом образовавшаяся на нашем Солнце и во всех звездах во Вселенной. Звезды содержат в основном водород и гелий, которые полностью ионизированы. на электроны, протоны (H) a ионы гелия (He). Уравнения, характеризующие такую очень горячую, полностью ионизированную термоядерную плазму в присутствии звездных магнитных полей, могут быть аппроксимированы законами идеальной магнитогидродинамики с высоким магнитным числом Рейнольдса.

История

Ионизированный материя была впервые обнаружена в газоразрядной трубке (или трубке Крукса ) и так описана сэром Уильямом Круксом в 1879 г. (он назвал ее «сияющей материей»). Природа вещества трубки Крукса «катодно-лучевого » впоследствии была установлена английским физиком сэром Дж. Дж. Томсона в 1897 году и Ирвинг Ленгмюр назвал его «плазмой» в 1928 году, возможно потому, что это напомнило ему плазму крови.

См. Также

Список плазмы (физика) статьи

Сноски

^ Mochizuki, Y.; Takahashi, K.; Janka, H.-Th.; Hillebrandt, W.; Диль Р. (2008). «Титан-44: его эффективная скорость распада в молодых остатках сверхновой 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: распыление и плазменное травление. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья. ISBN 978-0471078289.
^Крукс прочитал лекцию в Британской ассоциации развития науки в Шеффилде, в пятницу, 22 августа 1879 г. [1 ] [2]
^Объявлен на своей вечерней лекции в Королевском институте в пятницу, 30 апреля 1897 года, и опубликован в Philosophical Magazine, 44, 293 [3]
^I. Ленгмюр, "Колебания в ионизированных газах ", Proc. Natl. Акад. Sci. США, т. 14, стр. 628, 1928
^Г. Л. Рогофф, Под ред. IEEE Transactions on Plasma Science, vol. 19, стр. 989, декабрь 1991 г. См. Выдержку на «Архивная копия». Архивировано с оригинала 20 апреля 2006 г. Получено 24 мая 2006 г. CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (ссылка )