Ionisation
Unter Ionisation versteht man die Erzeugung freier Elektronen und positiv geladener Atome - also Ionen. Aus einem Atom oder auch Molekül werden also Elektronen entfernt. Dabei gibt es verschiedene Arten der Ionisation.
Die Elektronenstoß-Ionisation
Bei dieser Ionisation wird ein neutrales Atom durch einen Stoß mit einem Elektron zu einem Elektron und einem positiv geladenes Ion. Man erzeugt also ein freies Elektron-Ionen-Paar. Dabei tritt folgende Reaktion auf:
Für die Energien muss dabei gelten, dass die Summe der kinetischen Energien der Elektronen nach dem Stoß gleich der Summe der kinetischen Energie des Stoßelektrons und der Bindungsenergie des Atoms ist. Die Bindungsenergie ist dabei negativ und muss beim Stoß überwunden werden, damit ein Elektron aus dem Atomverband geschlagen werden kann. Daher ist die aufzubringende Ionisierungsenergie gleich der negativen Bindungsenergie. Anwendung findet die Elektronenstoß-Ionisation meistens bei Gasentladungen, wo positive und negative Ladungsträger entstehen. Statt eines Elektrons kann aber auch ein Ion mit einem Atom zusammenstoßen und dieses, wenn seine kinetische Energie der Ionisierungsenergie entspricht, ionisieren. Man bezeichnet Elektronen oder Ionen, welche eine Stoßionisation verursachen, auch als ionisierende Strahlung.
Bei dieser Ionisation wird ein neutrales Atom durch einen Stoß mit einem Elektron zu einem Elektron und einem positiv geladenes Ion. Man erzeugt also ein freies Elektron-Ionen-Paar. Dabei tritt folgende Reaktion auf:
Für die Energien muss dabei gelten, dass die Summe der kinetischen Energien der Elektronen nach dem Stoß gleich der Summe der kinetischen Energie des Stoßelektrons und der Bindungsenergie des Atoms ist. Die Bindungsenergie ist dabei negativ und muss beim Stoß überwunden werden, damit ein Elektron aus dem Atomverband geschlagen werden kann. Daher ist die aufzubringende Ionisierungsenergie gleich der negativen Bindungsenergie. Anwendung findet die Elektronenstoß-Ionisation meistens bei Gasentladungen, wo positive und negative Ladungsträger entstehen. Statt eines Elektrons kann aber auch ein Ion mit einem Atom zusammenstoßen und dieses, wenn seine kinetische Energie der Ionisierungsenergie entspricht, ionisieren. Man bezeichnet Elektronen oder Ionen, welche eine Stoßionisation verursachen, auch als ionisierende Strahlung.
Abb. 5906 Stoßionisation(Original)
Abb. 5907 Ionisierung eines Atoms durch Zusammenstoß mit einem Ion
Die Photoionisation
Bei dieser Ionisationsart fällt Licht auf ein Atom und ionisiert es. Dabei kann durch die Absorption eines Photons so viel Energie auf ein Elektron übertragen werden, dass dieses aus dem Atomverband austreten kann. Besondern gut funktioniert dieses bei hohen Lichtintensitäten, wie Laser sie aufbringen können, und kurzen Wellenlängen (UV).
Bei dieser Ionisationsart fällt Licht auf ein Atom und ionisiert es. Dabei kann durch die Absorption eines Photons so viel Energie auf ein Elektron übertragen werden, dass dieses aus dem Atomverband austreten kann. Besondern gut funktioniert dieses bei hohen Lichtintensitäten, wie Laser sie aufbringen können, und kurzen Wellenlängen (UV).
Ionisation über Ladungsaustausch
Hierbei handelt es sich um einen Austausch von Elektronen von einem Ion auf ein anderes Atom:
Das Atom B hat also ein Elektron an das Ion A abgegeben. Atome können nicht nur positiv ionisiert werden, sie können auch Elektronen mit kleiner kinetischer Energie aufnehmen und so ein negativ geladenes Ion bilden.
Hierbei handelt es sich um einen Austausch von Elektronen von einem Ion auf ein anderes Atom:
Das Atom B hat also ein Elektron an das Ion A abgegeben. Atome können nicht nur positiv ionisiert werden, sie können auch Elektronen mit kleiner kinetischer Energie aufnehmen und so ein negativ geladenes Ion bilden.
Ionisation bei hohen Temperaturen
Bei sehr hochen Temperaturen haben die Atome so hohe kinetische Energien, dass sie sich durch Stöße miteinander ionisieren können:
Ein Gemisch aus Elektronen, Ionen und neutralen Teilchen bei sehr hohen Temperaturen bezeichnet man auch als Plasma.
Bei sehr hochen Temperaturen haben die Atome so hohe kinetische Energien, dass sie sich durch Stöße miteinander ionisieren können:
Ein Gemisch aus Elektronen, Ionen und neutralen Teilchen bei sehr hohen Temperaturen bezeichnet man auch als Plasma.
Feldionisation
In einem starken elektrischen Feld können die Elektronen ebenfalls aus dem Atom herausgelöst werden.
Es gibt auch den umgekehrten Vorgang, bei dem ionisierte Atome oder Moleküle Elektronen aufnehmen, der als Rekombination bezeichnet wird.
In einem starken elektrischen Feld können die Elektronen ebenfalls aus dem Atom herausgelöst werden.
Es gibt auch den umgekehrten Vorgang, bei dem ionisierte Atome oder Moleküle Elektronen aufnehmen, der als Rekombination bezeichnet wird.