電離

電離

電離(Ionization),或稱電離作用,是指在(物理性的)能量作用下,原子、分子形成離子的過程。例如:電離大致可細分為兩種類型:一種連續電離(sequential ionization)和非連續電離(Non-sequential ionization)。在經典物理學中,隻有連續電離可以發生。非連續電離則違返了若幹物理定律,屬于量子電離。
  • 中文名稱
    電離
  • 外文名稱
    Ionization
  • 分類
    化學過程
  • 套用
    廣泛套用于工業生產方面

簡介

電離的定義

電解質水溶液中或熔融狀態下離解成自由移動陰陽離子的過程。將電子從基態激發到脫離原子,叫做電離,這個過程所需的能量叫電離電勢能。例如氫原子中基態的能量為-13.6eV(電子伏特),使電子電離的電離勢能就是13.6eV(即2.18×10-18焦耳)。簡單點說,就是電解質在水溶液中或熔融狀態下產生自由移動的離子過程。

陰陽離子

原子是由原子核及其周圍的帶負電的電子所組成。原子核由帶正電的質子和不帶電的中子構成,由于質子所帶的正電荷數與電子的負電荷數相等所以原子是中性的。原子最外層的電子稱為價電子。所謂電離,就是原子受到外界的作用如被加速的電子或離子與原子碰撞時使原子中的外層電子特別是價電子擺脫原子核的束縛而脫離,原子成為帶一個或幾個正電荷的離子這就是陽離子。如果在碰撞中原子得到了電子,則成為陰離子

原子原子

經典電離

隻適用于經典物理和玻爾模型,使原子和分子電離完全確定性,即每一個問題,始終有一個明確的和可計算的答案。

日常使用

氣體電離的日常例子,如在熒光燈或其它放電燈。它也被用于輻射探測器如蓋革計數器、電離室。電離過程被廣泛套用于基礎科學,如質譜和放射治療的各種設備。

產生

帶負電荷的離子時所產生的自由電子和原子相碰撞,隨後被困在電勢壘,釋放多餘的能量。這個過程被稱為電子俘獲電離。

帶正電荷的離子通過能量傳輸足夠數量的束縛電子與帶電粒子碰撞產生的(例如,離子,電子或正電子)或光子。所需的能量閾值的量被稱為電離電位。這種碰撞的研究是關于少體問題的根本重要性(見少體系統的文章),這是物理學的一個主要的未解決的問題。運動學完整的實驗,即實驗的所有碰撞碎片完整的動量矢量(散彈,反沖靶離子,和噴射的電子)被確定,有助于在近年來少體問題的理論認識的重大進展。

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原子的電離能

原子的電離能的趨勢是經常被用來證明相對于原子的原子數的周期行為,如門捷列夫的原子排列的表了。這是建立和理解電子在原子軌道波函式的排序沒有進入或電離過程的細節的一個有價值的工具。例如圖1所示。周期性的急劇降低,電離稀有氣體原子,比如後,表明在鹼金屬的一種新的殼的出現。此外,在電離能量圖的局部極大值,從左到右一行,表示S,P,D,F子炮彈。

類型

電離有兩種,一種是化學上的電離,另一種是物理上的電離。電離通常包含物理過程和化學過程,物理過程就是溶解,化學過程不是化學變化。化學變化除了舊鍵的斷裂還要有新鍵的生成,所以電離不是化學變化。而化學過程指的是在溶劑 分子(如水分子)作用下,電解質中原有的一部分化學鍵斷裂。有的電離過程斷裂的化學鍵是離子鍵,如氯化鈉等大多數鹽類的電離,氫氧化鈉等大多數鹼的電離。也有的電離過程斷裂的是共價鍵,如硫酸的電離,氯化氫的電離等等。

化學上的電離

化學上的電離是指電解質在一定條件下(例如溶于某些溶劑、加熱熔化等),電離成可自由移動的離子的過程。在電離前可能是不含有離子(例如氯化氫),也可能是盡管有離子,但是裏面的離子不能自由移動(例如氯化鈉固體)。電離時生成的陽離子全部是氫離子(H),它的化合物叫做酸,在水溶液中電離而生出的陰離子全部是氫氧根離子(OH)的化合物叫做鹼。如果我們的思維突破以水為介質,問題類似的轉移,比如在液氨為溶劑的情況下,如果溶質電離產生陽離子的物質就是酸,電離產生陰離子的物質就是鹼了,下面就總結一下經常遇到也是很少遇到一些溶劑本身自偶電離產生的陰陽離子,便于我們做一些判斷,或者提高我們的思維的深度和廣度:

H2O→H + OH

2NH3→NH4 + NH2

2SO2→SO+ SO3

物理上的電離

物理上的電離是指不帶電的粒子在高壓電弧或者高能射線等的作用下,變成了帶電的粒子的過程。例如地球的大氣層中的電離層裏的粒子就屬于這種情況。電離層中的粒子在宇宙中的高能射線的作用下,電離成了帶電的粒子。物理電離的方式有高溫、電場與高能輻射。

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電離中的吸放熱

固體溶質 進入溶液後,首先發生微粒(分子或離子)的擴散(吸熱)過程,接著是形成水合離子或水合分子的水合過程(放熱)。這裏有化學鍵的破壞和形成,嚴格說都是物理-化學過程。對于強電解質來說,溶解和電離是難以截然分開的,因為離子的擴散就是電離。不過對于弱電解質說來,首先是擴散成分子(吸熱),然後在水分子作用下,化學鍵被破壞而電離成為水合的自由離子(這裏整體表現是吸熱還是放熱要看破壞化學鍵需要的能量多,還是水合釋放能量多了,因此,電離過程不一定是吸熱)。

完全電離和不完全電離

電離有完全電離和不完全電離之分。強電解質在水溶液中是完全電離的,如硫酸、氯化鈉、氫氧化鈉等。弱電解質在水溶液中呈現不完全電離狀態,如氯化汞的電離,硫化氫的電離等。

電離和電解的區別

應當註意,電離與電解 是有區別的。電離過程根本不需要通電(會電離的物質,隻要溶解在特定溶劑裏就會電離),而電解則需要外部通以電流。

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