Ионизация это в химии кратко
Обновлено: 30.06.2024
Ионизация: что это такое и причины возникновения
Сначала необходимо затронуть легкие вопросы, которые касаются состава воздуха и структуры газов. Все вещества, находящиеся в воздухе, имеют нейтральный заряд, т.е. количество положительно заряженных частиц и отрицательно в веществе одинаковое.
Поэтому само вещество имеет нейтральный заряд. Если же баланс частиц в веществе нарушается, то причина этого кроется в образовавшихся новых ионах – положительных или отрицательных соответственно. Именно образование таких ионов называют ионизацией. И вот тут возникает вопрос, при каких же обстоятельствах эти ионы могут образовываться? Таких ситуаций в обычной жизни существует несколько.
- Воздействие на воздух (или газ) сильного электрического поля, когда большой показатель напряженности внутреннего электрического поля приводит к отрыву электрона от атома вещества. Научное название такой ионизации – ионизация электрическим полем .
- Воздействие на воздух (или газ) какой-либо энергией, которая приводит к столкновению частиц, повышению температуры, в результате чего электроны отрываются от атома вещества. Научное название этого вида ионизации – термическая ионизация
В природе источником ионизации могут являться некоторые растения, чаще всего это хвойные деревья. Также ионизация воздуха происходит при грозе за счёт сильных электрических разрядов. Поскольку ионизация наблюдается не только в газах, но и в жидкостях, то при мелком дроблении воды рядом с водопадами тоже можно наблюдать процесс ионизации.
Принимая во внимание различные научные высказывания, можно сделать вывод, что заряженные частицы воздуха (аэроины) в целом положительно влияют на организм человека. При этом активизируются работа эритроцитов, увеличивая газообмен в легких примерно на 10%. Именно этот фактор и рассматривается в качестве основного положительного эффекта.
Положительный и отрицательный эффект ионизации
Однако ионизация воздуха имеет две стороны. Помимо самого известного положительного эффекта – улучшающего дыхания – есть много других позитивных воздействий на здоровье человека, но перечислять их все мы здесь не будем. Хотелось бы отметить лишь один из них, который напрямую на организм не воздействует. Рассмотрим его.
Ионизация воздуха способствует реакции осаждения неприятных газов, аэрозолей, а также всех твёрдых и жидких частиц на электродах, в качестве которых будут выступать различные предметы, стены. Объясняется это тем, что как только воздух начинает ионизироваться, ионы, содержащиеся в нем, приступают к заряжению частиц пыли. Заряженные частицы пыли движутся под действием поля к предметам, где и оседают.
Число ионов может быть различным. Существуют санитарно-гигиенические нормы, в которых регламентируются такие минимальные количества (СанПиН 2.2.4.1294-2003 от 15 июня 2003 года). В производственных и общественных помещениях они должны составлять 400 положительных или 400 отрицательных ионов на куб. см воздуха. Регламентируется и максимально допустимое количество – 50 000 положительных или 50 000 отрицательных ионов на куб. см воздуха.
Кроме положительных воздействий, ионизация может и причинить вред. В основном это касается людей, у которых имеются различного рода хронические заболевания или текущие болезни. Поэтому перед покупкой устройства, которое имеет функцию ионизации, необходимо внимательно ознакомиться с инструкцией и с перечисленными в ней противопоказаниями. Еще лучше получить консультацию у своего лечащего врача. Но даже если у человека есть противопоказания, то можно выращивать растения, которые способны естественным путем ионизировать воздух. Эффект чистого воздуха будет тот же, но без заряженных частиц ионов. В крайнем случае можно приобрести другие приборы, такие как увлажнитель и очиститель воздуха, которые будут давать эффект не хуже ионизатора.
Кстати, в некоторых случаях человек может и сам не знать, что в помещении, где он находится, работают приборы, которые при всей своей непосредственной работе еще и ионизирует воздух. Это такие приборы как, например, копировальные аппараты или лазерные принтеры.
Люстра Чижевского
Один из распространенных аппаратов, который предлагается в качестве терапевтических действий, это люстра Чижевского. Доза выработки ионов в пределах 10000-100000 ионов на куб. см воздуха при норме работы от 5 до 60 минут. При этом хочется отметить, что люстра Чижевского производит только отрицательные ионы. Люстра работает на основе искусственной аэроионификации. Также на основе этого создан прибор для лечения – аэроионификатор, который повышает концентрацию отрицательных аэроионов кислорода в воздухе. Для эффективной генерации аэроионов подаваемое напряжение отрицательной полярности должно быть не ниже 25 кВ. Для обеспечения безопасности ток на люстре должен быть ниже 0,03 мА (на выходе перед люстрой ставится ограничивающее сопротивление 1ГОм).
Ионизация и озонирование воздуха – в чем различия
И последнее. Не стоит путать понятие ионизация и озонирование воздуха. Это совершенно разные явления и абсолютно разное принцип воздействия на организм человека. Хотя в некоторых случаях при ионизации воздуха имеет место небольшое озонирование, но это совершенно безопасно.
Иониза́ция — эндотермический процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул.
Положительно заряженный ион образуется, если электрон в атоме или молекуле получает достаточную энергию для преодоления потенциального барьера, равную ионизационному потенциалу. Отрицательно заряженный ион, наоборот, образуется при захвате дополнительного электрона атомом с высвобождением энергии.
Принято различать ионизацию двух типов — последовательную (классическую) и квантовую, не подчиняющуюся некоторым законам классической физики.
Содержание
Классическая ионизация
Аэроионы, кроме того, что они бывают положительными и отрицательными, разделяются на лёгкие, средние и тяжёлые ионы. В свободном виде (при атмосферном давлении) электрон существует не более, чем 10 −7 — 10 −8 секунды.
Ионизация в электролитах
Электролиты — вещества, растворённые в воде. К электролитам относятся растворимые соли, кислоты, гидроксиды металлов. В процессе растворения молекулы электролитов распадаются на катионы и анионы. Фарадей, полагаясь на данные, полученные из экспериментов с электролизом, вывел формулу о пропорциональности массы m к заряду Δq, который прошёл через электролит, или о пропорциональности массы m к силе тока I и времени Δt: .
Ионизация в газах
Газы по большей мере состоят из нейтральных молекул. Однако если часть молекул газов ионизируется, газ проводит электрический ток. Есть два основных способа ионизации в газах:
- Термическая ионизация — ионизация, при которой необходимую энергию для отрыва электрона от атома дают столкновения между атомами вследствие повышения температуры;
- Ионизация электрическим полем — ионизация вследствие повышения значения напряжения внутреннего электрического поля выше предельного значения. Из этого следует отрыв электронов от атомов газа.
Квантовая ионизация
В 1887 году Генрих Герц установил, что под действием света из тела могут вырываться электроны — было открыто явление фотоэффекта. Это не согласовывалось с волновой теорией света — она не смогла объяснить законы фотоэффекта и наблюдаемое разделение энергии в спектре электромагнитного излучения. В 1900 году Макс Планк установил, что тело может поглощать или испускать электромагнитную энергию только специальными порциями, квантами. Это дало теоретическую основу для объяснения явлений фотоэффекта. Чтобы объяснить явления фотоэффекта, в 1905 году Альберт Эйнштейн выдвинул гипотезу про существование фотонов как частичек света, что позволяет объяснить квантовую теорию — фотоны, которые способные поглощаться или излучаться как целое одним электроном, придают ему достаточную кинетическую энергию для преодоления силы тяготения электрона к ядру — возникает квантовая ионизация.
Методы ионизации
Методы, использующиеся для ионизации проводящих материалов:
Искровая ионизация: за счёт разницы потенциалов между кусочком исследуемого материала и другим электродом возникает искра, вырывающая с поверхности мишени ионы.
Ионизация в тлеющем разряде происходит в разрежённой атмосфере инертного газа (например, в аргоне) между электродом и проводящим кусочком образца.
Ударная ионизация. Если какая-либо частица с массой m (электрон, ион или нейтральная молекула), летящая со скоростью V, столкнётся с нейтральным атомом или молекулой, то кинетическая энергия летящей частицы может быть затрачена на совершение акта ионизации, если эта кинетическая энергия не меньше энергии ионизации.
См. также
Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена.
Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники.
Эта отметка установлена 13 мая 2011.
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Ионизация" в других словарях:
ИОНИЗАЦИЯ — ИОНИЗАЦИЯ, превращение атомов и молекул в ионы и свободные электроны; процесс, обратный рекомбинации. Ионизация в газах происходит в результате отрыва от атома или молекулы одного или нескольких электронов под влиянием внешних воздействий. В… … Современная энциклопедия
ИОНИЗАЦИЯ — превращение атомов и молекул в ионы. Степень ионизации отношение числа ионов к числу нейтральных частиц в единице объема. Ионизация в электролитах происходит в процессе растворения при распаде молекул растворенного вещества на ионы… … Большой Энциклопедический словарь
ИОНИЗАЦИЯ — ИОНИЗАЦИЯ, ионизации, мн. нет, жен. 1. Образование или возбуждение ионов в какой нибудь среде (физ.). Ионизация газов. 2. Введение в организм лекарственных веществ посредством ионов, возбуждаемых электрическим током в этих веществах (мед.).… … Толковый словарь Ушакова
ионизация — фотолиз Словарь русских синонимов. ионизация сущ., кол во синонимов: 7 • автоионизация (1) • … Словарь синонимов
ИОНИЗАЦИЯ — ИОНИЗАЦИЯ, и, жен. (спец.). Образование ионов в какой н. среде. И. газов. | прил. ионизационный, ая, ое. Толковый словарь Ожегова. С.И. Ожегов, Н.Ю. Шведова. 1949 1992 … Толковый словарь Ожегова
ИОНИЗАЦИЯ — процесс превращения электрически нейтральных атомов и молекул в ионы обоих знаков. Происходит при хим. реакциях, при нагревании, под действием сильных электрических полей, света и др. излучений. Вещество может быть ионизировано во всех трех физ.… … Геологическая энциклопедия
Ионизация — Ionization образование положительных и отрицательных ионов из электрически нейтральных атомов и молекул. Термины атомной энергетики. Концерн Росэнергоатом, 2010 … Термины атомной энергетики
ионизация — и, ж. ionisation <гр. физ. Превращение нейтральных атомов или молекул в ионы. Ионизационный ая, ое. Крысин 1998. Уш. 1934: иониза/ция … Исторический словарь галлицизмов русского языка
ионизация — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN ionization … Справочник технического переводчика
Почти вся теоретическая химия, связанная с атомными и молекулярными реакциями, является квантовой физикой, которая изучает энергетические изменения, связанные с электронами. Важным понятием, связанным с электронами, является определение что такое ионизация.
Атом состоит из центрального ядра, содержащего положительно заряженные протоны и нейтроны, которое окружены электронами, вращающимися вокруг него на орбиталях с определенными энергетическими уровнями. Электроны связаны с атомным ядром из-за электромагнитной силы притяжения.
Чтобы освободиться от силы притяжения атомного ядра, электрону требуется энергия, которая может поступать из внешних источников. Если этой энергии окажется достаточно образуются ионы.
Ионы-это атомы, которые получили или потеряли электроны.
Процесс расщепления молекул вещества на положительные и отрицательные ионы при растворении вещества называется ионизацией.
Ионизация является эндотермической, то есть атом или молекула увеличивает свою внутреннюю энергию (берет из внешнего источника). Для каждого атома химического элемента, уровни этой энергии для каждой атомной орбитали отличаются.
Что необходимо для процесса расщепления
Для процесса расщепления молекул вещества с образованием ионов необходима энергия ионизации, ионизационный потенциал. Определяется как общее количество энергии, необходимой для освобождения электрона, который вращается во внешней оболочке любого атома.
Кроме того, химики также определяют его как полную энергию, необходимую для освобождения одного моля электронов от одного моля конкретного атома.
В физике предпочитают использовать электронвольты (eV, эВ) на атом, как единицу для потенциала ионизации, в то время как в химии измеряется в терминах кДж/моль (килоджоулей на моль). Например, энергия ионизации водорода 13,5984 эВ (1310 кДж/моль).
Чем ниже энергия, тем выше тенденция атома становиться восстановителем и более реактивным он является. С другой стороны, чем выше энергия ионизации, тем выше тенденция становиться окислителем и менее реактивным.
Энергия, необходимая для выделения одного электрона из внешней энергетической оболочки атома, известна как первый потенциал ионизации, в то время как энергия, необходимая для освобождения от второго, известна как второй потенциал ионизации. Второй потенциал ионизации всегда выше первого. Это происходит потому, что, чем больше убирается электронов из его внешних оболочек, тем сильнее атом удерживает остальные, которые остались.
Ключевым моментом для понимания что такое ионизация, является процесс получения или потери электрона под действием энергии.
Сейчас мы подробно поговорим что такое ионизация в процессе.
Процесс образования ионов на примере
Чтобы понять процесс ионизации, рассмотрим структуру хлорида натрия. Хлорид натрия — это поваренная соль которую мы используем в нашей повседневной жизни. Атомные номера Na и Cl равны 11 и 17 соответственно. Это означает, что атом натрия имеет 11 и атом хлора имеет 17 электронов на своих орбитах.
Атом Na имеет только один электрон на своей внешней орбите. В то время как хлор содержит семь на своей внешней орбите. Но мы знаем, что для стабильности атомы обычно требуют восемь электронов на своей внешней орбите. Таким образом, оба указанных атома химически активны. Когда эти атомы собраны вместе, атом Na теряет свои самые внешние электроны, становится положительно заряженным, а атом Cl получает один электрон и становится отрицательно заряженным. Так как атомы получают восемь электронов в их внешней орбиты путем их обмена. Между Na и Cl действует электростатическая сила между и они совместно сделали одну молекулу NaCl.
Как отмечается, ионные связи возникают, когда металл связывается с неметаллом, и эти связи чрезвычайно прочны.
Таким образом, соль образуется ионной связью между металлическим натрием (катион +1) и неметаллическим хлором (анион -1). При этом Na соединяется с Cl с образованием NaCl или поваренной соли. Прочность скрепления в соли отражена своей высокой точкой плавления 800°C.
Ионные соединения и твердые тела
Не только соль сформирована ионным скреплением. Соль также пример ионного твердого тела или кристаллического твердого тела которое содержит ионы.
Кристаллический солидис: тип твердого тела в котором составные части аранжированы в простой, определенной геометрической картине которая повторена во всех направлениях.
Существует три типа кристаллического твердого вещества: молекулярное твердое (например, сахароза или столовый сахар), в котором молекулы имеют нейтральный электрический заряд; атомная твердые (алмаз, например, из чистого углерода); и ионные твердые.
Соль не образуется из обычных молекул, как вода или углекислый газ. Внутреннюю структуру соли можно представить в виде повторяющейся серии хлоридных анионов и катионов натрия, плотно упакованных друг с другом, как апельсины в ящике.
Эта плотная упаковка положительных и отрицательных зарядов помогает сформировать плотное скрепление, и поэтому соль необходимо нагреть до высокой температурой прежде чем она расплавится. Твердая соль не проводит электричество, но расплавленная, она становится весьма хорошим проводником. Когда она твердая, ионы плотно упакованы, и таким образом не способствуют движению электрических зарядов; но когда структура нарушена путем плавления или растворения в чем либо движение ионов возможно.
Энергия для процесса
Вода не является хорошим проводником, хотя она, безусловно, позволит протекать через нее электрическому току, поэтому опасно эксплуатировать электроприбор вблизи воды.
Соль при расплавлении становится хорошим проводником, но этого можно добиться и растворением ее в воде.
На примере поваренной соли видно что такое ионизация. Однако это один из видов ионизации, который может быть определен как процесс, в котором один или несколько электронов удаляются из атома или молекулы, чтобы создать ион, или процесс, в котором ионное твердое вещество, такое как соль, диссоциирует на его компонентные ионы при растворении в растворе.
Количество энергии, необходимое для достижения ионизации, называется энергией ионизации или потенциалом ионизации.
Когда атом находится на своем нормальном энергетическом уровне, говорят, что он находится в основном состоянии. В этот момент электроны занимают свои нормальные орбитальные структуры. Между электроном и положительно заряженным ядром, в котором находятся протоны, всегда существует высокая степень притяжения. Энергия, необходимая для перехода электрона на более высокую орбиталь увеличивает общую энергию атома, который находится в возбужденном состоянии.
Из-за высокого притяжения между электроном и ядром первый удаляемый электрон находится на самой внешней орбите. Это количество энергии называется первой энергией ионизации. Удалить второй электрон будет значительно сложнее, так как теперь атом является катионом, а положительный заряд протонов в ядре больше отрицательного заряда электронов. Следовательно, энергия, необходимая для удаления второго электрона намного выше, чем первая.
Образование ионов элементов и соединений
Существуют уровни энергии ионизации для элементов, хотя следует отметить, что водород, поскольку имеет только один электрон, имеет только первую энергию ионизации. Как правило, показатели увеличиваются слева направо вдоль периода или строки периодической таблицы и уменьшаются сверху вниз вдоль столбца или группы.
Причина, по которой энергия ионизации увеличивается вдоль периода, заключается в том, что неметаллы в правой части таблицы имеют более высокую энергию, чем металлам, которые находятся на левой стороне. Величина уменьшается вдоль группы, потому что элементы ниже в таблице Менделеева имеют более высокие атомные номера, что означает больше протонов и, следовательно, больше электронов. Поэтому им легче отказаться от одного из своих электронов, чем от элемента с более низким атомным номером — так же, как миллионеру было бы легче потерять тысячу рублей, чем это было бы для человека, зарабатывающего минимальную заработную плату.
Для молекул в соединениях энергия ионизации обычно связана с элементами, атомы которых составляют молекулу. Подобно тому, как элементы с меньшим количеством электронов, как правило, менее склонны отказаться от одного, так и молекулы с несколькими атомами. Таким образом, энергия ионизации диоксида углерода (СО2), содержащего всего три атома, относительно высока. И наоборот, в больших молекулах, как с большими атомами, есть больше электронов, чтобы отказаться, и поэтому легче отделить один из них от молекул.
Применение процесса
Ряд методов используется для получения ионов для масс-спектрометрии или других применений. Наиболее распространенным из этих методов является электронный удар, производимый бомбардировкой образца газа потоком быстро движущихся электронов. Хотя легче, чем некоторые другие методы, этот не особенно эффективен, потому что необходимо больше энергии для удаления электрона. Электронная пушка, обычно нагретая вольфрамовая проволока, производит огромное количество электронов, которые затем выстреливаются в газ. Поскольку электроны настолько малы, это скорее похоже на использование скорострельного пулемета для уничтожения комаров: почти неизбежно, что некоторые из комаров будут поражены, но много раундов придется стрелять в воздух, не поражая ни одного насекомого.
Другим процессом ионизации является ионизация полем, при которой она производится путем воздействия на молекулу очень интенсивного электрического поля. Ионизация поля происходит в ежедневной жизни, когда статическое электричество образует малую искру. Искра фактически поток электронов.
В прикладных лабораториях профессионально известно что такое ионизация и используются точные приборы. Этот процесс гораздо более эффективен, чем электронным ударом и требуется гораздо меньше энергии по отношению к энергии, необходимой для удаления электронов. Технологические достижения медицины широко применяют этот процесс.
Химическая ионизация использует метод подобный ионизации удара электрона, за исключением того, что вместо электронов, луч используется для того чтобы бомбардировать и ионизировать образец. Ионы используемые в этой бомбардировке типично малые молекулы, как в метане, пропане или аммиаке. Тем не менее, молекулярный ион гораздо больше чем электрон, и эти столкновения высокореактивны.
Многие масс-спектрометры используют источник, способный как к электронному удару, так и к химической ионизации.
Ионизация может обеспечиваться электромагнитным излучением, длина волны которого короче длины волн видимого света, т. е. ультрафиолетовым светом, рентгеновскими лучами или гамма-лучами.
Также существует фотоионизация малых молекул, как то кислород (O2). Фотоионизация происходит в верхних слоях атмосферы, где ультрафиолетовое излучение от Солнца вызывает ионизацию кислорода и азота (N2) в их молекулярных формах.
ИОНИЗА́ЦИЯ, образование положительных и отрицательных ионов и свободных электронов из электрически нейтральных атомов и молекул. Положительные ионы образуются в результате отрыва электрона (или электронов) от атомов и молекул. В особых случаях нейтральные атомы и молекулы могут присоединять электроны и образовывать отрицательные ионы. Подвергаться И. могут и ионы, при этом повышается их кратность. Под И. понимают как элементарный акт (И. атома, молекулы), так и совокупность множества таких актов (И. газа, жидкости). И. может происходить при столкновениях частиц (столкновительная, или ударная, И.), под действием электромагнитного излучения (фотоионизация), под действием электрич. поля ( ионизация пол ем). И., происходящая при взаимодействии излучения или частиц внутри вещества (среды), называется объёмной, на поверхности твёрдого тела или жидкости – поверхностной ионизацией . Положительные и отрицательные ионы образуются также при электролитической диссоциации.
Ионизация - это процесс, в котором у частиц или элементов остается очень определенный заряд, положительный или отрицательный, либо из-за недостатка, либо излишка электронов, соответственно..
Ионизация в веществах может быть осуществлена с помощью физических и химических процессов. Химические процессы в основном представляют собой реакции, в которых участвуют кислые, основные, нейтральные вещества и среда переноса, обычно водная..
Физические процессы для ионизации основаны на электромагнитных волнах и различных длинах волн, с которыми они могут работать.
Другим вариантом и наиболее распространенным является электролиз, который включает в себя подачу электрического тока, с помощью которого может произойти разделение..
Рекомендуемые примеры ионизации
1. Нитрид кальция (Ca3N2)
Это вещество может быть диссоциировано на три атома кальция с положительным зарядом в два и два атома азота с отрицательным зарядом в три..
Это яркий пример диссоциации неметалла (азот) с металлом (кальций).
2. сольватация
Сольватация - это процесс ионизации, который происходит с водой.
Когда обнаружены две молекулы, образующие водородные связи, они могут диссоциировать и образовывать ион гидрония (H3O) с положительным зарядом и ион гидроксида (OH) с отрицательным зарядом.
3. Сульфид титана (Ti2S3)
Сульфид титана представляет собой соединение, образованное металлом и неметаллом.
Когда они ионизируются, два атома титана с валентностью в три положительных и три атома серы с отрицательной валентностью в два отделяются и остаются в результате..
4. Диссоциация воды
Н2О-вода может быть отделена и диссоциирована на отрицательно заряженный гидроксид (ОН) и положительно заряженный протон (Н).
Аналитические химические исследования основаны на этом свойстве, чтобы изучить баланс между кислотами, основаниями, изучать реакции и многое другое..
5. Индийский селенид (In2Se3)
Это соединение разлагается и образует два атома индия с положительным зарядом три.
6. Хлорид кальция (CaCl2)
При этой ионизации образуется атом кальция с валентностью, равной двум положительным, и два атома хлора с валентностью минус два..
7. Ионизация электронами
Этот метод является функцией длины волны частиц.
Когда применяется ток, достаточно большой для того, чтобы равняться энергии последней орбиты электрона, он отсоединяется и переносится на другую частицу, оставляя два ионизованных продукта..
8. Свободные радикалы
Свободные радикалы генерируются, когда определенные типы молекул подвергаются воздействию ультрафиолетовых (УФ) лучей..
Энергия лучей разрушает связь между ними, и образуются две очень нестабильные ионизированные молекулы, известные как свободные радикалы..
Пример свободных радикалов происходит, когда ультрафиолетовые лучи разрушают связи молекулярного кислорода (O2) и атомы кислорода остаются с отсутствующим электроном в их валентной оболочке.
Эти атомы могут реагировать с другими атомами кислорода и образовывать озон (O3).
9. Хлорид натрия
Более известная как поваренная соль, она образуется из двух ионов; один неметаллический (хлор), а другой металлический (натрий).
У них совершенно противоположные обвинения; Хлор имеет очень отрицательный заряд, а натрий - очень положительный. Это также можно увидеть в распределении периодической таблицы.
10. Реакции конденсации
Они случаются при избытке протонов. Например, если у нас есть молекула CH3 в качестве свободного радикала и метана (CH4). При смешивании C2H5 и двухатомный водород образуются в виде газа.
Читайте также: