Jonizacija

Jonizacija je proces u kojem atom gubi valentni elektron iz svoje poslednje elektronske ljuske. Pošto atom gubi elektron, postaje pozitivni jon (jer sad ima više protona od elektrona). Elektron koji se oslobodio iz posljednje ljuske se zove slobodni elektron. Kada slobodni elektron izgubi deo energije i dođe u spoljnu elektronsku ljusku neutralnog atoma, atom postaje električno negativno nabijen (jer sad ima više elektrona od protona) i postaje negativni jon. Kao primjer, oznaka za pozitivni jon vodonika je H⁺, a za negativni jon vodonika H^-.^[1] protons, antiprotons^[2] and ions,^{[3][4][5][6][7][8][9]}

Jonizacija je nastajanje naelektrisanih čestica, jona, iz neutralnih atoma ili molekula. Jonizaciju može izazvati druga električno nabijena čestica (jon, elektron, pozitron, mezon, proton, alfa-čestica, deuteron) koja se kreće kroz gasovitu, tečnu ili čvrstu materiju, ako je kinetička energija čestice dovoljno velika da u sudaru s neutralnim atomima ili molekulama izbaci iz njih elektrone. Najmanja za to potrebna energija je energija jonizacije (jonizacijski potencijal), to jest energija koja je dovoljna da izolovani atom ili molekul u gasovitom stanju izgube jedan elektron, pri čemu nastaje jonski par: pozitivno nabijeni jon i izbačeni elektron. Energija jonizacije mera je sposobnosti nekog hemijskog elementa da ulazi u hemijske reakcije uz stvaranje jona. Prva energija jonizacije odnosi se na gubitak najslabije vezanog elektrona u neutralnom atomu, druga, veća energija jonizacije odnosi se na jonizaciju tako nastalog katjona i tako dalje. Ukupan broj jonskih parova nastalih na jedinici dužine uzduž puta čestice naziva se jonizacijska gustina (specifična jonizacija) i meri se najčešće u odnosu prema jonizacijskoj gustini u vazduhu. Ona zavisi od energije, mase i naboja čestice, za razliku od totalne jonizacije, to jest ukupnoga broja jonskih parova nastalih uzduž cele staze čestice, koji zavisi uglavnom samo od energije s kojom je čestica ušla u materiju. Atomi ili molekuli mogu jonizacijom da izgube po jedan elektron ili više njih, a izbačeni elektron može kratko vreme da ostane slobodan, može se vezati uz neki neutralni atom ili molekul i tako stvoriti negativno nabijen jon, ili se pak spojiti s nekim pozitivno nabijenim jonom. Prosečni put koji oslobođeni elektron pređe pre nego što se spoji s drugom česticom naziva se srednji slobodni put i zavisi uglavnom o pritiska gasa i stupnju jonizacije, to jest od odnosa između broja nastalih jona i preostalih neutralnih atoma, odnosno molekula. Krećući se kroz sredstvo, čestica koja uzrokuje jonizaciju postupno gubi energiju i konačno se može zaustaviti. U vazduhu pri temperaturi od 15 °C i pritisku od 101 325 Pa utrošak energije po nastajanju jednog jonskog para iznosi oko 32,5 eV i ne zavisi od uzročnika jonizacije.

Uz primarnu jonizaciju, koju direktno uzrokuje čestica, događa se i sekundarna jonizacija, to jest proces nastajanja jona delovanjem elektrona i jona koji su nastali primarnom jonizacijom, ako su prilikom svog postanka dobili dovoljno veliku energiju. Neutralne čestice, na primer neutron ili neutralni mezon, mogu da uzrokuju samo sekundarnu jonizaciju, predajući ili svu svoju energiju ili samo njen deo nekoj električno nabijenoj čestici, na primer protonu.^[10]

1. ^ Machacek, J.R.; McEachran, R.P.; Stauffer, A.D. (2023). „Positron Collisions”. Springer Handbook of Atomic, Molecular, and Optical Physics. Springer Handbooks. Springer. ISBN 978-3-030-73892-1. doi:10.1007/978-3-030-73893-8_51. 
2. ^ Kirchner, Tom; Knudsen, Helge (2011). „Current status of antiproton impact ionization of atoms and molecules: theoretical and experimental perspectives”. Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics. 44 (12): 122001. doi:10.1088/0953-4075/44/12/122001. 
3. ^ Brandsen, B.H. (1970). Atomic Collision Theory. Benjamin. ISBN 9780805311808. 
4. ^ Stolterfoht, N; DuBois, R.D.; Rivarola, R.D. (1997). Electron Emission in Heavy Ion-Atom Collisions. Springer-Verlag. ISBN 978-3-642-08322-8. 
5. ^ McGuire, J.H. (1997). Electron correlation dynamics in atomic collisions. Cambridge University Press. ISBN 9780521480208. 
6. ^ Eichler, J. (2005). Lectures on Ion-Atom Collisions: From Nonrelativistic to Relativistic Velocities. Elsevier. ISBN 9780444520470. 
7. ^ Bransden, B.H.; McDowell, M.R.C. (1992). Charge Exchange and the Theory of Ion-Atom Collisions. Clarendon Press; Oxford University Press. ISBN 9780198520207. 
8. ^ Janev, R.K.; Presnyakov, L.P.; Shevelko, V.P. (1985). Physics of Highly Charged Ions. Springer. ISBN 978-3-642-69197-3. 
9. ^ Schulz, Michael (2019). Ion-Atom Collisions The Few-Body Problem in Dynamic Systems. De Gruyter. ISBN 9783110579420. doi:10.1515/9783110580297. CS1 одржавање: Датум и година (веза)
10. ^ Jonizacija, [1] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.