در نتیجه یونیزاسیون، اتم ها تشکیل می شوند. یونیزاسیون اتم ها در میدان های الکتریکی قوی ببینید "یونیزاسیون" در سایر لغت نامه ها چیست
انرژی یونیزاسیون مشخصه اصلی یک اتم است. این است که ماهیت و قدرتی را که یک اتم قادر به تشکیل آن است تعیین می کند. خواص کاهشی یک ماده (ساده) نیز به این ویژگی بستگی دارد.
مفهوم "انرژی یونیزاسیون" گاهی اوقات با مفهوم "پتانسیل یونیزاسیون اول" (I1) جایگزین می شود، به معنای کوچکترین انرژی لازم برای دور شدن یک الکترون از یک اتم آزاد زمانی که در حالت انرژی به نام پایین ترین
به ویژه، برای اتم هیدروژن این نامی است که به انرژی مورد نیاز برای حذف یک الکترون از یک پروتون داده شده است. برای اتم هایی با چندین الکترون مفهوم دوم، سوم و غیره وجود دارد. پتانسیل های یونیزاسیون
انرژی یونیزاسیون مجموعی است که یک جمله آن انرژی الکترون و دیگری انرژی سیستم است.
در شیمی انرژی اتم هیدروژن با نماد Ea نشان داده می شود و مجموع انرژی پتانسیل سیستم و انرژی الکترون را می توان با فرمول Ea=E+T= -Z.e/ بیان کرد. 2.R.
از این عبارت مشخص می شود که پایداری سیستم با بار هسته و فاصله بین آن و الکترون رابطه مستقیم دارد. هر چه این فاصله کمتر باشد، بار هسته قوی تر باشد، آنها قوی تر جذب شوند، سیستم پایدارتر و پایدارتر باشد، انرژی بیشتری برای شکستن این پیوند باید صرف شود.
بدیهی است که پایداری سیستم ها را می توان با میزان انرژی صرف شده برای از بین بردن اتصال مقایسه کرد: هر چه انرژی بیشتر باشد، سیستم پایدارتر است.
انرژی یونیزاسیون اتمی (نیروی لازم برای شکستن پیوندها در اتم هیدروژن) به صورت تجربی محاسبه شد. امروزه مقدار آن دقیقاً شناخته شده است: 13.6 eV (الکترون ولت). بعدها، دانشمندان، همچنین از طریق یک سری آزمایش، توانستند انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوند اتم-الکترون را در سیستم‌های متشکل از یک الکترون و یک هسته با باری دو برابر اتم هیدروژن محاسبه کنند. به طور تجربی ثابت شده است که در این مورد 54.4 الکترون ولت مورد نیاز است.
قوانین شناخته شده الکترواستاتیک بیان می کند که انرژی یونیزاسیون مورد نیاز برای شکستن پیوند بین بارهای مخالف (Z و e) به شرطی که در فاصله R قرار داشته باشند با معادله زیر ثابت (تعیین می شود): T=Z.e/ آر.
این انرژی با بزرگی بارها متناسب است و بر این اساس با فاصله رابطه معکوس دارد. این کاملاً طبیعی است: هرچه بارها قوی‌تر باشند، نیروهایی که آنها را به هم متصل می‌کنند قوی‌تر است، نیروی مورد نیاز برای از بین بردن اتصال بین آنها قوی‌تر است. همین امر در مورد فاصله نیز صدق می کند: هرچه کوچکتر باشد، انرژی یونیزاسیون قوی تر، نیروی بیشتری برای از بین بردن پیوند باید اعمال شود.
این استدلال توضیح می دهد که چرا سیستمی از اتم ها با بار هسته ای قوی پایدارتر است و برای حذف یک الکترون به انرژی بیشتری نیاز دارد.
بلافاصله این سؤال پیش می آید: "اگر فقط دو برابر قوی تر است، چرا انرژی یونیزاسیون مورد نیاز برای حذف یک الکترون دو برابر، بلکه چهار برابر افزایش می یابد؟"
این تناقض را می توان به سادگی توضیح داد. اگر بارهای Z و e در سیستم در وضعیت نسبتاً متقابل بی حرکتی باشند، انرژی (T) متناسب با بار Z است و به نسبت افزایش می یابد.
اما در سیستمی که الکترون با بار e به دور هسته با بار Z می چرخد و Z افزایش می یابد، شعاع چرخش R به نسبت کاهش می یابد: الکترون با نیروی بیشتری به سمت هسته جذب می شود.
نتیجه گیری واضح است. انرژی یونیزاسیون تحت تأثیر بار هسته، فاصله (به صورت شعاعی) از هسته تا بالاترین نقطه چگالی بار الکترون خارجی است. نیروی دافعه بین الکترون های بیرونی و اندازه گیری قدرت نفوذ الکترون.
یک پارامتر انرژی مهم برای مطالعه فرآیندهای شیمیایی، انرژی یونیزاسیون یک اتم است. در مورد اتم هیدروژن، این انرژی است که باید صرف شود تا یک الکترون از پروتون خارج شود.
برابر است با مجموع انرژی پتانسیل سیستم و انرژی جنبشی الکترون.
E a = E+T= -Z. e/2. R، (2.7)
که در آن E a انرژی اتم هیدروژن است.
از فرمول (2.7) نتیجه می شود که کاهش فاصله بین الکترون و هسته و افزایش بار هسته به معنای افزایش نیروی جاذبه الکترون به هسته است. یعنی انرژی بیشتری برای حذف یک الکترون از هسته مورد نیاز خواهد بود. هر چه انرژی بیشتری برای شکستن این پیوند لازم باشد، سیستم پایدارتر است.
بنابراین، اگر شکستن یک پیوند (جداسازی یک الکترون از هسته) در یک سیستم به انرژی بیشتری نسبت به سیستم دیگر نیاز داشته باشد، آنگاه سیستم اول پایدارتر است.
انرژی یونیزاسیون یک اتم، انرژی مورد نیاز برای شکستن پیوندهای یک اتم هیدروژن، به صورت تجربی تعیین شده است. برابر با 13.6 eV (الکترون ولت) است. انرژی لازم برای حذف یک الکترون از هسته در اتمی متشکل از یک الکترون و یک هسته که بار آن دو برابر بار هسته یک اتم هیدروژن است نیز به صورت تجربی تعیین شد. در این صورت لازم است چهار برابر بیشتر انرژی (54.4 eV) صرف شود.
همانطور که از الکترواستاتیک مشخص است، انرژی ( تی) لازم برای شکستن پیوند بین بارهای مخالف ( زو ه) در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند آر، با برابری تعیین می شود
با اندازه بارها متناسب و با فاصله بین آنها نسبت معکوس دارد. این همبستگی کاملاً قابل درک است: هرچه بارها بزرگتر باشند، جاذبه آنها نسبت به یکدیگر قوی تر است، بنابراین انرژی بیشتری برای شکستن پیوند بین آنها لازم است. و هر چه فاصله بین آنها کمتر باشد، انرژی بیشتری باید صرف قطع اتصال شود. با تشکر از این، روشن می شود که چرا یک سیستم اتمی، که در آن بار هسته ای دو برابر بار هسته ای در اتم هیدروژن است، پایدارتر است و برای حذف یک الکترون به انرژی بیشتری نیاز دارد.
میل الکترونیذرات (مولکول ها، اتم ها، یون ها)، حداقل. انرژی A مورد نیاز برای حذف یک الکترون از منفی مربوطه. یون تا بی نهایت برای ذره X S. تا e. به فرآیند اشاره دارد:
S. به e. برابر با انرژی یونیزاسیون E منفی است. یون X - (اولین پتانسیل یونیزاسیون U 1، اندازه گیری شده در eV). با قیاس با پتانسیل یونیزاسیون، بین S. اول و دوم تا e.، و همچنین S. عمودی و آدیاباتیک تا e تمایز قائل می‌شود. ذره چند اتمی ترمودینامیکی تعریف S. تا e - آنتالپی استاندارد محلول (1) در abs. دمای صفر:
AN A (N A ~ ثابت آووگادرو).
آزمایشات قابل اعتماد داده های S. به e. اتم ها و مولکول ها به گوگرد. دهه 60 قرن بیستم عملا وجود نداشت در حال حاضر استفاده از روش های تعادلی تولید و تحقیق منتفی است. یونها به دست آوردن اولین S. تا e را ممکن کردند. برای اکثر عناصر دوره ای سیستم ها و چندین صدها سازمان و غیر سازمانی مولکول ها نایب روش‌های امیدوارکننده برای تعیین طیف‌سنجی S. به e.-photoelectron (دقت + 0.01 eV) و طیف‌سنجی جرمی. بررسی تعادل واکنش های یون-مولکولی. مکانیک کوانتومی محاسبات S. به e. شبیه محاسبات پتانسیل یونیزاسیون هستند. بهترین دقت برای مولکول های چند اتمی 0.05-0.1 eV است.
بزرگترین S. به e. اتم های هالوژن دارند برای تعدادی از عناصر S. تا e. نزدیک به صفر یا کمتر از صفر دومی به این معنی است که برای یک عنصر معین مقدار پایدار منفی است. یون وجود ندارد در جدول جدول 1 مقادیر S. تا e را نشان می دهد. اتم های بدست آمده توسط طیف سنجی فوتوالکترون (کار W. Lineberger و همکاران).
نگاتیوی الکتریکیمقداری که توانایی یک اتم در قطبش کردن پیوندهای کووالانسی را مشخص می کند. اگر در یک مولکول دو اتمی A - B الکترون های تشکیل دهنده پیوند به اتم B با شدت بیشتری نسبت به اتم A جذب شوند، اتم B الکترونگاتیوتر از A در نظر گرفته می شود.
L. Pauling (1932) برای مقادیر پیشنهاد کرد. ویژگی های الکترونگاتیوی استفاده از ترموشیمیایی. داده های انرژی اتصالات A-A، B - B و A - B - به ترتیب. E AA، E bb و E AB. انرژی کاملاً فرضی است پیوند کووالانسی A - B (E cov) برابر با میانگین حسابی فرض می شود. یا میانگین هندسی مقادیر E AA و E BB. اگر الکترونگاتیوی اتم های A و B متفاوت باشد، پیوند A - B به طور خالص کووالانسی نیست و انرژی پیوند E AB بیشتر از E کووالانسی خواهد بود.
هرچه اختلاف الکترونگاتیوی اتم های A و B بیشتر باشد، مقدار با استفاده از تجربی بیشتر است. f-lu 
(ضریب 0.208 هنگام تبدیل مقادیر انرژی از kcal/mol به eV ایجاد می شود) و با گرفتن مقدار الکترونگاتیوی دلخواه 2.1 برای اتم هیدروژن، Pauling یک مقیاس نسبی مناسب به دست آورد. مقادیر عددیالکترونگاتیوی که برخی از آنها در جدول آورده شده است. نایب. سبک ترین هالوژن، F، الکترونگاتیو است.
برای مقادیر. توضیحات الکترونگاتیوی، علاوه بر ترموشیمیایی. داده ها، داده های مربوط به هندسه مولکول ها (به عنوان مثال، روش ساندرسون)، ویژگی های طیفی (به عنوان مثال، روش گوردی) نیز استفاده می شود.
شعاع اتمیویژگی های موثر اتم ها، به فرد اجازه می دهد تا فاصله بین اتمی (بین هسته ای) را در مولکول ها و بلورها تخمین بزند. با توجه به ایده ها مکانیک کوانتومیاتم ها مرزهای مشخصی ندارند، اما احتمال یافتن الکترون مرتبط با یک هسته معین در فاصله معینی از آن هسته به سرعت با افزایش فاصله کاهش می یابد. بنابراین، شعاع خاصی به اتم اختصاص داده می شود، با این باور که اکثریت قریب به اتفاق چگالی الکترون (90-98٪) در کره این شعاع قرار دارد. شعاع های اتمی مقادیر بسیار کوچکی هستند، در حد 0.1 نانومتر، اما حتی تفاوت های کوچک در اندازه آنها می تواند بر ساختار بلورهای ساخته شده از آنها، پیکربندی تعادل مولکول ها و غیره تأثیر بگذارد. داده های تجربی نشان می دهد که در بسیاری از در مواردی، کوتاه‌ترین فاصله بین دو اتم در واقع تقریباً برابر با مجموع شعاعهای اتمی مربوطه است (اصطلاحاً اصل افزودنی شعاع اتمی). بسته به نوع پیوند بین اتم ها، شعاع های اتمی فلزی، یونی، کووالانسی و واندروالس متمایز می شوند.
فلزی شعاع برابر با نیمی از کوتاه ترین فاصله بین اتم ها در یک کریستال است. سازه فلزی ارزش آن به هماهنگی بستگی دارد. اعداد K (تعداد نزدیکترین همسایگان یک اتم در ساختار). متداول ترین ساختارها فلزات با K = 12 هستند. اگر مقدار شعاع اتمی در چنین بلورهایی را 1 در نظر بگیریم، شعاع اتمی فلزات با K به ترتیب برابر با 8، 6 و 4 خواهد بود. 0.98، 0.96 و 0.88. نزدیکی مقادیر شعاع اتمی تجزیه می شود. فلزات - شرط لازم (اگرچه کافی نیست) برای این واقعیت است که این فلزات تشکیل می شوند محلول های جامدتعویض ها بنابراین، مایع K و Li (به ترتیب شعاع 0.236 و 0.155 نانومتر) معمولاً با هم مخلوط نمی شوند و K با Rb و Cs یک سری پیوسته از محلول های جامد را تشکیل می دهند (شعاع Rb و Cs به ترتیب، 0.248 و 0.268 نانومتر). افزودنی فلز شعاع اتمی به فرد اجازه می دهد تا پارامترهای کریستالی را با دقت متوسط پیش بینی کند. توری های بین فلزی اتصالات
شعاع یونی برای تخمین تقریبی کوتاه‌ترین فواصل بین هسته‌ای در بلورهای یونی استفاده می‌شود، با فرض اینکه این فاصله‌ها برابر با مجموع شعاعهای یونی متناظر اتم‌ها باشد. چندین وجود دارد سیستم‌هایی از مقادیر شعاع یونی که برای یونهای منفرد متفاوت است، اما به فاصله‌های بین هسته‌ای تقریباً یکسان در کریستال‌های یونی منجر می‌شود. شعاع یونی برای اولین بار در دهه 1920 تعیین شد. قرن بیستم V. M. Goldshmidt که بر رفرکتومتری تکیه داشت مقادیر شعاع F - و O 2- به ترتیب برابر است. 0.133 و 0.132 نانومتر. در سیستم L. Pauling، شعاع یون O 2- به عنوان پایه در نظر گرفته شده است، برابر با 0.140 نانومتر، در سیستم مشترک N.V. Belov و G.B سیستم K. Shannon -0.121 نانومتر (K = 2).
شعاع کووالانسی برابر با نصف طول یک ماده شیمیایی است. اتصالات X-X، که در آن X یک اتم غیر فلزی است. برای هالوژن ها، شعاع اتمی کووالانسی نصف فاصله بین هسته ای در مولکول X2 است، برای S و Se - در X8، برای کریستال S-inالماس شعاع های کووالانسی F، Cl، Br، I، S، Se و C به ترتیب برابر هستند. 0.064، 0.099، 0.114، 0.133، 0.104، 0.117 و 0.077 نانومتر. شعاع کووالانسی هیدروژن 0.030 نانومتر در نظر گرفته می شود، اگرچه نصف طول آن اتصالات N-Nدر مولکول H2 0.037 نانومتر است. با استفاده از قانون افزایشی شعاع اتمی، طول پیوند در مولکول های چند اتمی پیش بینی می شود. به عنوان مثال، طول پیوندهای C-H، C-F و C-C1 باید به ترتیب 0.107، 0.141 و 0.176 نانومتر باشد و در واقع تقریباً با مقادیر مشخص شده در بسیاری از آنها برابر است. org مولکول هایی که حاوی پیوندهای کربن-کربن متعدد نیستند. در غیر این صورت، فواصل بین هسته ای مربوطه کاهش می یابد.
شعاع واندروالس اندازه موثر اتم های گاز نجیب را تعیین می کند. همچنین اعتقاد بر این است که این شعاع ها برابر با نیمی از فاصله بین هسته ای بین نزدیک ترین اتم های یکسان هستند که از نظر شیمیایی به یکدیگر پیوند ندارند. ارتباط، یعنی به عنوان مثال متعلق به مولکول های مختلف. در کریستال های مولکولی مقادیر شعاع واندروالس با استفاده از اصل افزودنی شعاع اتمی از کوتاه ترین تماس مولکول های همسایه در کریستال ها یافت می شود. آنها به طور متوسط 0.08 نانومتر بزرگتر از شعاع کووالانسی هستند. دانش شعاع واندروالس به فرد اجازه می دهد تا ترکیب مولکول ها و بسته بندی آنها را در کریستال های مولکولی تعیین کند. ترکیبات انرژی مطلوب مولکولها معمولاً آنهایی هستند که در آنها همپوشانی شعاعهای واندروالس اتمهای بدون پیوند با ظرفیت کوچک است. کره‌های واندروالس از اتمهای پیوند ظرفیتی در یک مولکول همپوشانی دارند. خارج طرح کلی کره های همپوشانی شکل مولکول را تعیین می کند. کریستال‌های مولکولی از اصل بسته‌بندی نزدیک پیروی می‌کنند، که طبق آن مولکول‌های مدل‌سازی شده با «حاشیه‌های واندروالسی» به‌گونه‌ای چیده شده‌اند که «برآمدگی‌های» یک مولکول در «حفره‌های» مولکول دیگر قرار می‌گیرند. با استفاده از این ایده ها می توان کریستالوگرافیک را تفسیر کرد. داده ها و در برخی موارد ساختار بلورهای مولکولی را پیش بینی می کند.
بلیط 6.
پیوند شیمیایی
تشکیل مولکول ها، یون های مولکولی، یون ها، کریستالی، آمورف و سایر مواد از اتم ها با کاهش انرژی در مقایسه با اتم های غیر متقابل همراه است. در این مورد، حداقل انرژی مربوط به آرایش خاصی از اتم ها نسبت به یکدیگر است که مربوط به توزیع مجدد قابل توجه چگالی الکترون است. نیروهایی که اتم‌ها را در شکل‌های جدید کنار هم نگه می‌دارند، نام عمومی «پیوند شیمیایی» را دریافت کرده‌اند. مهمترین انواع پیوندهای شیمیایی: یونی، کووالانسی، فلزی، هیدروژنی، بین مولکولی.
بر اساس تئوری ظرفیت الکترونیکی، یک پیوند شیمیایی به دلیل توزیع مجدد الکترون ها در اوربیتال های ظرفیت ایجاد می شود که منجر به تشکیل یک پایدار می شود. پیکربندی الکترونیکیگاز نجیب (اکتت) به دلیل تشکیل یون ها (W. Kossel) یا تشکیل جفت الکترون های مشترک (G. Lewis).
یک پیوند شیمیایی با انرژی و طول مشخص می شود. معیار قدرت یک پیوند، انرژی صرف شده برای شکستن پیوند یا افزایش انرژی در هنگام تشکیل یک ترکیب از اتم های منفرد (Eb) است. بنابراین، 435 kJmol √1 صرف شکستن پیوند H√H می شود، و 1648 kJmol √1 صرف اتمیزه کردن متان می شود CH 4 √ 1648 kJmol √1، در این مورد E C√H = kJ 1648: طول پیوند (nm) √ فاصله بین هسته ها در یک اتصال خاص. به طور معمول، طول پیوند و انرژی آن متضاد هستند: هر چه طول پیوند بیشتر باشد، انرژی آن کمتر است.
یک پیوند شیمیایی معمولاً با خطوطی که اتمهای متقابل را به هم متصل می‌کنند نشان داده می‌شود. هر ضربه معادل یک جفت الکترون تعمیم یافته است. در ترکیبات حاوی بیش از دو اتم، یک مشخصه مهم زاویه پیوند است که توسط پیوندهای شیمیایی در مولکول ایجاد می شود و هندسه آن را منعکس می کند.
قطبیت یک مولکول با تفاوت در الکترونگاتیوی اتم هایی که یک پیوند دو مرکزی را تشکیل می دهند، هندسه مولکول و همچنین وجود جفت الکترون های تنها تعیین می شود، زیرا بخشی از چگالی الکترون در مولکول را می توان موضعی کرد. نه در جهت اوراق قرضه. قطبیت یک پیوند از طریق جزء یونی آن، یعنی از طریق جابجایی یک جفت الکترون به یک اتم الکترونگاتیو تر بیان می شود. قطبیت یک پیوند را می توان از طریق گشتاور دوقطبی آن m، برابر حاصلضرب بار اولیه و طول دوقطبی *) m = e l بیان کرد. قطبیت یک مولکول از طریق گشتاور دوقطبی آن بیان می شود که برابر است با جمع برداریتمام گشتاورهای دوقطبی پیوندهای مولکول.
*) دوقطبی سیستمی است متشکل از دو بار مساوی اما مخالف که در فاصله واحدی از یکدیگر قرار دارند. گشتاور دوقطبی در کولن متر (Cm) یا دبای (D) اندازه گیری می شود. 1D = 0.33310 √29 کیلومتر.
همه این عوامل باید در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، برای یک مولکول خطی CO 2 m = 0، اما برای SO 2 m = 1.79 D به دلیل ساختار زاویه ای آن. گشتاورهای دوقطبی NF 3 و NH 3 با هیبریداسیون یکسان اتم نیتروژن (sp 3)، تقریباً همان قطبیت پیوندهای N√F و N√H (OEO N = 3؛ OEO F = 4؛ OEO H = 2.1 ) و هندسه مولکولی مشابه به طور قابل توجهی متفاوت است، زیرا گشتاور دوقطبی جفت تک الکترون های نیتروژن در حین افزودن بردار در مورد NH 3 m مولکول را افزایش می دهد و در مورد NF 3 آن را کاهش می دهد.
انرژی یونیزاسیون(یون E) نامیده می شود انرژی صرف شده برای حذف یک الکترون از اتم و تبدیل اتم به یک یون با بار مثبت.
به طور تجربی، یونیزاسیون اتم ها در یک میدان الکتریکی با اندازه گیری اختلاف پتانسیلی که در آن یونیزاسیون رخ می دهد، انجام می شود. این اختلاف پتانسیل نامیده می شود پتانسیل یونیزاسیون(ج). واحد اندازه گیری پتانسیل یونیزاسیون eV/atom و واحد اندازه گیری انرژی یونیزاسیون kJ/mol است. انتقال از یک مقدار به مقدار دیگر با توجه به رابطه انجام می شود:
یون E = 96.5 J
حذف اولین الکترون از یک اتم با پتانسیل یونیزاسیون اول (J 1)، دومی توسط دومین (J 2) و غیره مشخص می شود. پتانسیل یونیزاسیون پی در پی افزایش می یابد (جدول 1)، زیرا هر الکترون بعدی باید از یک یون با بار مثبت یک بار افزایش یابد. از روی میز 1 نشان می دهد که در لیتیوم افزایش شدید پتانسیل یونیزاسیون برای J2، در بریلیم - برای J3، در بور - برای J4 و غیره مشاهده می شود. افزایش شدید J زمانی اتفاق می‌افتد که حذف الکترون‌های بیرونی به پایان می‌رسد و الکترون بعدی در سطح انرژی ماقبل خارجی قرار دارد.
جدول 1
پتانسیل یونیزاسیون اتم ها (eV/atom) عناصر دوره دوم
| عنصر | ج 1 | J2 | ج 3 | ج 4 | J5 | ج 6 | ج 7 | ج 8 |
| لیتیوم | 5,39 | 75,6 | 122,4 | – | – | – | – | – |
| بریلیم | 9,32 | 18,2 | 158,3 | 217,7 | – | – | – | – |
| بور | 8,30 | 25,1 | 37,9 | 259,3 | 340,1 | – | – | – |
| کربن | 11,26 | 24,4 | 47,9 | 64,5 | 392,0 | 489,8 | – | – |
| نیتروژن | 14,53 | 29,6 | 47,5 | 77,4 | 97,9 | 551,9 | 666,8 | – |
| اکسیژن | 13,60 | 35,1 | 54,9 | 77,4 | 113,9 | 138,1 | 739,1 | 871,1 |
| فلوئور | 17,40 | 35,0 | 62,7 | 87,2 | 114,2 | 157,1 | 185,1 | 953,6 |
| نئون | 21,60 | 41,1 | 63,0 | 97,0 | 126,3 | 157,9 |
پتانسیل یونیزاسیون نشانگر "فلزی بودن" یک عنصر است: هرچه کمتر باشد، جدا شدن الکترون از اتم آسان تر است و خواص فلزی عنصر باید قوی تر بیان شود. برای عناصری که دوره ها با آنها شروع می شود (لیتیوم، سدیم، پتاسیم و غیره)، اولین پتانسیل یونیزاسیون 4-5 eV/اتم است و این عناصر فلزات معمولی هستند. برای فلزات دیگر، مقادیر J 1 بالاتر است، اما نه بیشتر از 10 eV/اتم، و برای غیر فلزات، معمولا بیش از 10 eV/atom: نیتروژن 14.53 eV/atom، اکسیژن 13.60 eV/atom و غیره.
اولین پتانسیل یونیزاسیون در دوره ها افزایش و در گروه کاهش می یابد (شکل 14) که نشان دهنده افزایش خواص غیرفلزی در دوره ها و خواص فلزی در گروه ها است. بنابراین، نافلزات در قسمت بالا سمت راست و فلزات در قسمت پایین سمت چپ قرار دارند جدول تناوبی. مرز بین فلزات و غیر فلزات "مهاله" است، زیرا بیشتر عناصر دارای خواص آمفوتریک (دوگانه) هستند. با این حال، چنین مرز مشروطی را می توان در فرم طولانی (18 سلولی) جدول تناوبی، که در اینجا در کلاس درس و در کتاب مرجع موجود است، ترسیم کرد.
برنج. 14. وابستگی پتانسیل یونیزاسیون
از تعداد اتمی عناصر دوره اول تا پنجم.
مثال 10. پتانسیل یونیزاسیون سدیم 14/5 ولت بر اتم و کربن 26/11 ولت بر اتم است. انرژی یونیزاسیون آنها چقدر است؟
راه حل. 1) یون E (Na) = 5.14 96.5 = 496.0 kJ/mol
2) یون E (C) = 11.26·96.5 = 1086.6 kJ/mol
اهمیت عملی این رابطه این است که با دانستن μ، که اندازه گیری نسبتا آسان است، می توان D را تعیین کرد.
که تعیین مستقیم آن بسیار دشوار است.
انتشار دوقطبی
هر دو الکترون و یون در پلاسمای تخلیه گاز منتشر می شوند. به نظر می رسد فرآیند انتشار به شرح زیر است. الکترون‌هایی که تحرک بالاتری دارند، سریع‌تر از یونها منتشر می‌شوند. به همین دلیل یک میدان الکتریکی بین الکترون ها و یون های مثبت عقب مانده ایجاد می شود. این میدان از انتشار بیشتر الکترون ها جلوگیری می کند و بالعکس، انتشار یون ها را تسریع می کند. وقتی یون ها به سمت الکترون ها کشیده می شوند، این میدان الکتریکی ضعیف می شود و الکترون ها دوباره از یون ها جدا می شوند. این فرآیند به طور مداوم اتفاق می افتد. این انتشار را انتشار دوقطبی می نامند که ضریب آن است
D amb = |
D e μ و + D و μ e |
|||
μ e + μ و |
||||
که در آن D e،D و |
- ضرایب انتشار الکترون ها و یون ها؛ μ e، μ و – |
|||
تحرک الکترون ها و یون ها |
||||
از آنجایی که D e >> D u و μ e >> μ و ، معلوم می شود که |
D و μ e ≈ D e μ و، |
|||
بنابراین D amb ≈ 2D و . چنین انتشاری، برای مثال، در ستون مثبت یک تخلیه درخشش صورت می گیرد.
1.6. تحریک و یونیزاسیون اتم ها و مولکول ها
مشخص است که یک اتم از یک یون مثبت و الکترون تشکیل شده است که تعداد آنها با تعداد عنصر در جدول تناوبی D.I تعیین می شود. مندلیف. الکترون های یک اتم در سطوح انرژی خاصی قرار دارند. اگر یک الکترون مقداری انرژی از بیرون دریافت کند، به سمت انرژی بیشتری حرکت می کند سطح بالا، که سطح تحریک نامیده می شود.
معمولاً الکترون برای مدت کوتاهی حدود 10-8 ثانیه در سطح تحریک قرار دارد. هنگامی که یک الکترون انرژی قابل توجهی دریافت می کند، از هسته تا فاصله زیادی دور می شود که می تواند ارتباط خود را با آن از دست بدهد و آزاد شود. کمترین ارتباط با هسته، الکترون های ظرفیتی هستند که در سطوح انرژی بالاتری قرار دارند و بنابراین راحت تر از اتم حذف می شوند. فرآیند حذف الکترون از اتم را یونیزاسیون می نامند.
در شکل شکل 1.3 تصویر انرژی الکترون ظرفیت در یک اتم را نشان می دهد. در اینجا W o سطح زمین الکترون است، W mst تراز ناپایدار است
سطح nal، W 1، W 2 - سطوح تحریک (اول، دوم، و غیره).
بخش اول. فصل 1. فرآیندهای الکترونیکی و یونی در تخلیه گاز
برنج. 1.3. تصویر انرژی الکترون در اتم
W = 0 حالتی است که الکترون ارتباط خود را با اتم از دست می دهد. مقدار W و = W ′ - W o است
انرژی یونیزاسیون مقادیر این سطوح برای برخی گازها در جدول آورده شده است. 1.3.
یک سطح فراپایدار با این واقعیت مشخص می شود که انتقال الکترون به و از آن ممنوع است. این سطح توسط به اصطلاح برهمکنش تبادلی پر می شود، زمانی که یک الکترون از خارج در سطح W mst فرود می آید، و مقدار اضافی
الکترون از اتم خارج می شود. سطوح ناپایدار نقش مهمی در فرآیندهای رخ داده در پلاسمای تخلیه گاز ایفا می کنند، زیرا در سطح نرمالالکترون به مدت 10-8 ثانیه برانگیخته می شود و در سطح فراپایدار - 10-2 ÷ 10-3 ثانیه.
جدول 1.3
انرژی، eV |
CO2 |
||||||||
W انتقام |
|||||||||
فرآیند تحریک ذرات اتمی همچنین یونیزاسیون را از طریق پدیده به اصطلاح انتشار تشعشعات تشدید تعیین می کند. این پدیده به این صورت است که یک اتم برانگیخته با بازگشت به حالت عادی، یک کوانتوم نور ساطع می کند که اتم بعدی را تحریک می کند و غیره. ناحیه انتشار تابش تشدید با میانگین مسیر آزاد فوتون λ ν تعیین می شود که بستگی دارد
غربال بر روی چگالی ذرات اتمی n. بنابراین، در n= 1016 cm-3 λ ν =10-2 ÷ 1
پدیده انتشار تشعشعات تشدید کننده نیز با وجود سطوح فراپایدار تعیین می شود.
یونیزاسیون گام به گام می تواند بر اساس طرح های مختلف رخ دهد: الف) اولین الکترون یا فوتون خنثی را تحریک می کند.
ذره نوترون، و الکترون دوم یا فوتون انرژی اضافی به الکترون ظرفیت می دهد و باعث یونیزه شدن این ذره خنثی می شود.
بخش اول. فصل 1. فرآیندهای الکترونیکی و یونی در تخلیه گاز
اتم، و در این لحظه اتم برانگیخته شده به حالت عادی می رود و کوانتومی نور ساطع می کند که انرژی را افزایش می دهد.
ج) سرانجام دو اتم برانگیخته خود را نزدیک به یکدیگر می یابند. در این حالت یکی از آنها به حالت عادی می رود و کوانتومی نور ساطع می کند که اتم دوم را یونیزه می کند.
لازم به ذکر است که یونیزاسیون گام به گام زمانی موثر می شود که غلظت الکترون های سریع (با انرژی های نزدیک به
به W و)، فوتون ها و اتم های برانگیخته شده بسیار بزرگ است. این است
زمانی اتفاق می افتد که یونیزاسیون به اندازه کافی شدید شود. به نوبه خود، فوتون‌هایی که روی اتم‌ها و مولکولها می‌افتند نیز می‌توانند تحریک و یونیزاسیون (مستقیم یا گام به گام) ایجاد کنند. منبع فوتون در تخلیه گاز تابش یک بهمن الکترونی است.
1.6.1. تحریک و یونیزاسیون مولکول ها
برای گازهای مولکولی، لازم است امکان تحریک خود مولکول ها را در نظر گرفت که بر خلاف اتم ها، حرکات چرخشی و ارتعاشی انجام می دهند. این حرکات نیز کوانتیزه می شوند. انرژی شوک در حرکت چرخشی 10-3÷ 10-1 ولت و با حرکت نوسانی - 10-2 ÷ 1 ولت است.
در هنگام برخورد الاستیک یک الکترون با یک اتم، الکترون از دست می دهد
بخش قابل توجهی از انرژی شما |
W=2 |
≈ 10 |
- 4 وات. زمانی که یک |
|||
هنگامی که یک الکترون با یک مولکول برهمکنش می کند، الکترون حرکت چرخشی و ارتعاشی مولکول ها را تحریک می کند. در مورد دوم، الکترون انرژی قابل توجهی را تا 10-1 ÷ 1 eV از دست می دهد. بنابراین هیجان حرکات نوسانیمولکول ها مکانیسم موثری برای استخراج انرژی از یک الکترون است. در حضور چنین مکانیزمی، شتاب الکترون با مشکل مواجه می شود و میدان قوی تری لازم است تا الکترون بتواند انرژی کافی برای یونیزاسیون به دست آورد. بنابراین، تجزیه یک گاز مولکولی نیاز به ولتاژ بالاتری نسبت به تجزیه یک گاز اتمی (بی اثر) در همان فاصله بین الکترودی و فشار برابر دارد. این با داده های جدول نشان داده شده است. 1.4، که در آن مقادیر λ t، St و U pr اتم مقایسه می شوند
گازهای طبیعی و مولکولی در فشار اتمسفر و d = 1.3 سانتی متر.
بخش اول. فصل 1. فرآیندهای الکترونیکی و یونی در تخلیه گاز
جدول 1.4 |
||||||||||
مشخصه |
نام گاز |
|||||||||
S t 10 - 16، cm2 |
||||||||||
U pr، kV |
||||||||||
از روی میز 1.4 واضح است که اگر چه انتقال مقطع S t برای مولکولی
گازهای قطبی و آرگون قابل مقایسه هستند، اما ولتاژ شکست آرگون به طور قابل توجهی کمتر است.
1.7. یونیزاسیون حرارتی
در دماهای بالا، یونیزاسیون گاز می تواند به دلیل افزایش انرژی جنبشی ذرات اتمی رخ دهد که یونیزاسیون حرارتی نامیده می شود. بنابراین، برای بخارات Na، K، Cs، یونیزاسیون حرارتی در دمای چند هزار درجه و برای هوا در دمای حدود 104 درجه قابل توجه است. احتمال یونیزاسیون حرارتی با افزایش دما و کاهش پتانسیل یونیزاسیون اتم ها (مولکول ها) افزایش می یابد. در دماهای معمولی، یونیزاسیون حرارتی ناچیز است و عملاً تنها زمانی می تواند تأثیر بگذارد که تخلیه قوس ایجاد شود.
با این حال، باید توجه داشت که در سال 1951، هورنبک و مولنار کشف کردند که وقتی الکترون‌های تک انرژی از میان گازهای سرد بی‌اثر عبور می‌کنند، یونها با انرژی الکترونی تشکیل می‌شوند که فقط برای برانگیختن اتم‌ها کافی است، اما نه برای یونیزه کردن. این فرآیند یونیزاسیون انجمنی نامیده شد.
یونیزاسیون انجمنی گاهی اوقات نقش مهمی در انتشار امواج یونیزاسیون و تخلیه جرقه در مکان هایی که هنوز الکترون های بسیار کمی وجود دارد ایفا می کند. اتم های برانگیخته در آنجا در نتیجه جذب کوانتوم های نوری که از نواحی یونیزه شده از قبل پدید می آیند، تشکیل می شوند. در هوای با گرمای متوسط، در دمای 4000 تا 8000 کلوین، مولکول ها به اندازه کافی تفکیک می شوند، اما هنوز الکترون های کمی برای ایجاد بهمن وجود دارد. مکانیسم اصلی یونیزاسیون واکنشی است که در آن اتم های N و O تحریک نشده شرکت می کنند.
یونیزاسیون انجمنی طبق طرح زیر N + O + 2 پیش می رود. 8 eV ↔ NO + + q. انرژی از دست رفته 2.8 eV از انرژی جنبشی حرکت نسبی اتم ها به دست می آید.
یونیزاسیون - تبدیل اتم ها و مولکول ها به یون. درجه یونیزاسیون نسبت تعداد یونها به تعداد ذرات خنثی در واحد حجم است. فرهنگ لغت بزرگ دایره المعارفی
در حال بارگیری...