STRUKE:

ionizacija

ionizacija, nastajanje električki nabijenih čestica, iona, iz neutralnih atoma ili molekula. Ionizaciju može izazvati druga električki nabijena čestica (ion, elektron, pozitron, mezon, proton, alfa-čestica, deutron) koja se giba kroz plinovitu, kapljevitu ili čvrstu tvar, ako je kinetička energija čestice dovoljno velika da u sudaru s neutralnim atomima ili molekulama izbaci iz njih elektrone. Najmanja za to potrebna energija energija je ionizacije (ionizacijski potencijal), tj. energija koja je dovoljna da izolirani atom ili molekula u plinovitom stanju izgube jedan elektron, pri čemu nastaje ionski par: pozitivno nabijeni ion i izbačeni elektron. Energija ionizacije mjera je sposobnosti nekog kemijskog elementa da ulazi u kemijske reakcije uz stvaranje iona. Prva energija ionizacije odnosi se na gubitak najslabije vezanog elektrona u neutralnom atomu, druga, veća energija ionizacije odnosi se na ionizaciju tako nastaloga kationa itd. Ukupan broj ionskih parova nastalih na jedinici duljine uzduž puta čestice naziva se ionizacijska gustoća (specifična ionizacija) i mjeri se najčešće u odnosu prema ionizacijskoj gustoći u zraku. Ona ovisi o energiji, masi i naboju čestice, za razliku od totalne ionizacije, tj. ukupnoga broja ionskih parova nastalih uzduž cijele staze čestice, koji ovisi uglavnom samo o energiji s kojom je čestica ušla u tvar. Atomi ili molekule mogu ionizacijom izgubiti po jedan elektron ili više njih, a izbačeni elektron može kratko vrijeme ostati slobodan, može se vezati uz neki neutralni atom ili molekulu i tako stvoriti negativno nabijen ion, ili se pak spojiti s nekim pozitivno nabijenim ionom. Prosječni put koji oslobođeni elektron prijeđe prije nego što se spoji s drugom česticom naziva se srednji slobodni put i ovisi uglavnom o tlaku plina i stupnju ionizacije, tj. o omjeru između broja nastalih iona i preostalih neutralnih atoma, odn. molekula. Gibajući se kroz sredstvo, čestica koja uzrokuje ionizaciju postupno gubi energiju i konačno se može zaustaviti. U zraku pri temperaturi od 15 °C i tlaku od 101 325 Pa utrošak energije po nastajanju jednog ionskoga para iznosi oko 32,5 eV i ne ovisi o uzročniku ionizacije. Uz primarnu ionizaciju, koju izravno uzrokuje čestica, zbiva se i sekundarna ionizacija, tj. proces nastajanja iona djelovanjem elektrona i iona koji su nastali primarnom ionizacijom, ako su prilikom svojega postanka dobili dovoljno veliku energiju. Neutralne čestice, npr. neutron ili neutralni mezon, mogu uzrokovati samo sekundarnu ionizaciju, predajući ili svu svoju energiju ili samo njezin dio nekoj električki nabijenoj čestici, npr. protonu.

Ionizaciju može uzrokovati elektromagnetsko ili čestično zračenje dovoljno velike energije (ultraljubičasto, rendgensko, gama-zračenje), bilo fotoelektričnim efektom, tako da jedan od vezanih elektrona u atomu preuzme svu energiju kvanta zračenja, bilo Comptonovim efektom, kada elektron preuzme samo dio te energije.

Električni izboji u plinovima također se svode na ionizaciju. Ako nema djelovanja električnog polja, ioni stvoreni u nekom plinu brzo se rekombiniraju i plin se ponovno vraća u neutralno stanje. No ako se plin nalazi u električnom polju, nastali se ioni gibaju prema elektrodama, i to negativno nabijeni prema anodi, a pozitivno nabijeni prema katodi. Na taj način nastaje struja ionizacije. Pri malim tlakovima i u dovoljno jakom električnom polju nastaje električni izboj. Zbog djelovanja polja tako stvoreni ioni, gibajući se prema elektrodama, dobivaju dovoljnu energiju, pa i oni ioniziraju druge atome i molekule. Ta se pojava naziva kaskadni proces i uzrok je ionizacije većega dijela plina, što se očituje svjetlosnim pojavama, kao u Crookesovoj cijevi (→ w. crookes), a uz povećanje tlaka i napona, izbijanjem električnih iskara ili stvaranjem električnog luka.

Ioni mogu nastati i zbog termičkoga gibanja atoma i molekula pri visokim temperaturama, npr. u plamenu. Tada atomi i molekule imaju dovoljnu kinetičku energiju da u međusobnim sudarima jedni druge ioniziraju. Pri visokoj temperaturi (10 000 K) nastaje plazma, električki vodljiva plinska smjesa koja sadrži znatnu koncentraciju kationa i elektrona. Kod vrlo visokih temperatura, npr. kod jakih električnih pražnjenja, stvaraju se dvostruko ili višestruko ionizirani atomi i prirodna plazma. Na ekstremno visokim temperaturama, kao u unutrašnjosti zvijezda, atomi mogu izgubiti sve elektrone. I dio Zemljine atmosfere (ionosfera) ioniziran je zbog stalne apsorpcije kozmičkoga zračenja iz svemira i Sunčeva ultraljubičastoga zračenja.

Ionizacija se zbiva i u vodi i drugim otapalima kada se u njima otapaju i s njima reagiraju tzv. potencijalni elektroliti, koji se prije elektrolitske disocijacije ne sastoje od iona. Tako npr. plin klorovodik (HCl) u reakciji s vodom daje hidronijev ion (H3O+) i ion klora (Cl).

Na načelu ionizacije zasnivaju se mnogi instrumenti u fizici i kemiji. Najpoznatiji su ionizacijska komora, Geiger-Müllerovo brojilo, Wilsonova komora, različiti spektrometrijski instrumenti.

Ionizirajućim zračenjem ionizira se i tkivo, prije svega voda kao glavni sastojak tkiva, pri čemu nastaju kemijski vrlo reaktivni radikali, koji uzrokuju ozbiljna biološka oštećenja organizma.

ionizacija. Hrvatska enciklopedija, mrežno izdanje. Leksikografski zavod Miroslav Krleža, 2018. Pristupljeno 15.10.2018. <http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=27752>.