Ionizatsiya kimyo va fizikada elektrga nisbatan neytral bo'lgan atomlar yoki molekulalarining elektrga nisbatan zaryadlangan holatga o'tishni tushuntiruvchi asosiy tushuncha. Ionizatsiya atom yoki molekula bir nechta elektronlarni olish yoki yo'qotish orqali pozitiv yoki salbiy zaryadga ega bo'lganda sodir bo'ladi. Zaryadlangan atom yoki molekula ion deb ataladi.

Ionizatsiya to'rt xil usulda sodir bo'lishi mumkin, masalan, urushlar, kimyoviy reaksiyalar yoki elektromagnit iznosiga muvofiqligi orqali. Ionizatsiya ko'plab tabiiy va texnologik jarayonlarda, misol uchun auroralar, ionosfera aloqasi, mass-spektroskopiyasi, radiatsiya terapiyasi va yadroli ulashishda muhim rol o'ynaydi.

Bu maqodada, biz sodiy klorid (NaCl) misolini ishlatib, ionizatsiya jarayonini aniq tushuntiramiz. Biz shundan tashqari, ionizatsiya energiyasi va ortamning nosaqa dielektrik konstantasi kabi ionizatsiya jarayonini ta'sir etuvchi omillarni ham bahs qilamiz. Nihoyat, biz turli kontekstlardagi ionizatsiya misollarini taqdim etamiz.

Ionizatsiya jarayoni nima?

Ionizatsiya jarayoni atomlar yoki molekulalar orasida elektronlarning o'tishini anglatadi. Bu jarayonni tushuntirish uchun, biz kundalik hayotimizda ishlatadigan sodiy klorid (NaCl) misolini ko'rib chiqamiz.

Sodiy klorid sodiy (Na) va klor (Cl) atomlardan iborat bo'lib, ular elektrostatik kuch bilan birgalikda tutilgan. Na va Cl atomlari atrofida orbitlashayotgan elektronlari soni mos ravishda 11 va 17.

Bu elektronlarning joylashishi quyidagi rasmga ko'rsatilgan. Elektronlar ularning energetik darajalari asosida yanada yoki orbitlarga tarqalgan. Eng tashqi orbit valent orbit deb ataladi, va u atomning kimyoviy xususiyatlarni aniqlaydi.

Rasmga ko'ra, Na atomi valent orbitasida faqat bitta elektron, Cl atomi esa 7 elektron bor. Atomlar valent orbitasida 8 elektron bo'lishi uchun o'zaro muloqot qilishadi, bu oktet qoidasiga amal qiladi.

Demak, Na va Cl atomlari o'zaro nisbatan o'zgaruvchan yoki kimyoviy aktiv. Ular yaqinlashsa, ular o'zaro kimyoviy reaksiya o'tkazishadi, bu reaksiya elektronlarni almashtiradi.

Na atomi valent elektronini yo'qotadi va pozitiv zaryadga ega bo'lgan ion (Na+) bo'lib, Cl atomi esa elektronni olib, salbiy zaryadga ega bo'lgan ion (Cl-) bo'lib qoladi. Bu jarayon ionizatsiya deb ataladi.

Na+ va Cl- ionlari elektrastatik kuch orqali bir-biriga tortiladi, shunday qilib NaCl molekulasi hosil bo'ladi. Bu kuch ularning zaryadlarining ko'paytmasiga va ular orasidagi masofaning kvadratiga teskari proportsional, Koulombning qonuni asosida.

Koulombning qonunining tenglamasi quyidagicha:

Bu yerda F - kuch, Q1 va Q2 - zaryadlar, r - masofa, εr - ortamning nisbiy permittivligi.

Nisbiy permittivlik (hamda dielektrik konstanta deb ham ataladi) materialning ichki elektr maydonini vakumga nisbatan qanday darajada kamaytirishi haqidagi o'lchov. Vakumning nisbiy permittivligi ta'rif bo'yicha 1 ga teng.

Nisbiy permittivlik ionlar orasidagi elektrastatik kuch kuchini ta'sir etadi. Misol uchun, havoning nisbiy permittivligi yaxlit 1.0006, 20°C da suvning nisbiy permittivligi esa yaxlit 80.

Bu demakki, NaCl suvda eritilganda, Na+ va Cl- ionlari orasidagi elektrastatik kuch havo orasidagi kuchdan 80 marta ziyodir. Natijada, Na+ va Cl- ionlari bir-biridan ajralib, eritma ichida bepul harakatlanishlari mumkin bo'ladi.

Ionlashish energiyasi va uning omillari

Ionlashish jarayonini ta'sir qiluvchi omillar orasida ionlashish energiyasi mavjud. Ionlashish energiyasi izoliatsiya qilingan, gaz sifatida mavjud atom yoki molekuladan elektronni olib tashlash uchun zarur bo'lgan energiya. Ionlashish energiyasi adolatli holda kJ/mol bilan ifodalangan, yoki molehdagi barcha atomlardan har biri bir elektronni yo'qotish uchun sarflangan energiya.

Ionlashish energiyasi atom raqami, atom radiusi, elektron tuzilishi va ichki elektronlar tomonidan yaratilgan himoya effekti kabi bir qator omillardan qat'i ravishda bog'liq. Bu omillar nukleon valent elektronlarni qanday darajada tortishini va ularni qanday darajada olib tashlashni osonlashtirishini ta'sir etadi.

Ionlashish energiyasi period jadvalidagi period boyicha chapdan o'ngga, guruh boyicha tepadan pastga yopishga qadar umumiy holda o'sadi. Bu sababli:

• Atom raqami period boyicha chapdan o'ngga o'sadi, bu demakki nukleon zaryadi o'sadi va valent elektronlar nukleonka ko'proq tortiladi.

• Atom radiusi period boyicha chapdan o'ngga kamayadi, bu demakki valent elektronlar nukleonka yaqinroq joylashadi va ularni olib tashlash oson emas.

• Elektron tuzilishi period boyicha chapdan o'ngga o'zgaradi, bu demakki ba'zi elementlarda ko'proq murakkab yoki yarmi to'ldirilgan orbital bo'lib, ularni buzish uchun ko'proq energiya talab etiladi.

• Ichki elektronlar tomonidan yaratilgan himoya effekti guruh boyicha tepadan pastga yopishga qadar o'sadi, bu demakki valent elektronlar nukleon zaryadi tomonidan ko'proq ta'sirlanadi va ularni olib tashlash oson bo'ladi.

Bu umumiy tendentsiya uchun ba'zi istisnolar mavjud, masalan, alkaline earth metallar (guruh 2) va azot guruh elementlari (guruh 15). Bu elementlarning ularning qo'shimcha elementlari bilan solishtirilganda yuqori ionlashish energiyasi bor, chunki ular ya to'liq to'ldirilgan yoki yarmi to'ldirilgan orbitalga ega, bu orbital murakkabroq va ionlashishga qarshi barqaror.

Ionlashish energiyasi elementlarning kimyoviy xususiyatlari va ularning boshqa elementlar bilan ko'valent yoki ion bondlarni shakllantirishga qadar qanday muhitni tushunish uchun muhim. Past ionlashish energiyasiga ega elementlar elektronlarni yo'qotishga qarshi bo'lib, musbat ionlar (katyonlar) hosil qilishga qaror qiladi, yanada yuqori ionlashish energiyasiga ega elementlar elektronlarni oladi va salbiy ionlar (anionlar) hosil qiladi. O'xshash ionlashish energiyasiga ega elementlar elektronlarni ulashadi va ko'valent bondlarni shakllantiradi.

Masalan, natriy (Na) ning ionlashtirish energiyasi past (496 kJ/mol), ammo klor (Cl)ning ionlashtirish energiyasi yuqori (1251.1 kJ/mol). Ularning reaksiyasida natriy elektronni yo'qotadi va Na+ bo'lib qoladi, klor esa elektronni o'ziga oladi va Cl- bo'lib qoladi. Ular qarama-qarshi zaryadlari orasidagi elektrostatik tarjima bilan ionik bog'ni yaratishadi.

Boshqa tomondan, uglerod (C) va oksigen (O) uchun ionlashtirish energiyalari mos ravishda 1086.5 kJ/mol va 1313.9 kJ/mol. Ularning reaksiyasida elektronlarni ulashishadi va orbitalalarini chegarasiz qilib kovalent bog'ni yaratishadi. Ular CO2 (uglerod dioksidi) yoki CO (uglerod monoksidi) kabi molekulalar yaratishadi.

Ikki reaksiya qilayotgan elementlar orasidagi ionlashtirish energiyalari farqi ushbu elementlar orasidagi bog'ni turi haqidagi taxminni bajarish uchun ishlatilishi mumkin. Katta farq (>1.7) ionik bog'ni, kichik farq (<0.4) polusiz kovalent bog'ni va o'rtacha farq (0.4-1.7) polusi kovalent bog'ni bildiradi.

Ionlashish Misollarining Turli Kontekstlarida

Ionlashish turli kontekstlarda sodir bo'lishi mumkin, masalan, tabiiy, texnologiya va laboratoriya tajribalarida. Quyida ionlashishning turli holatlardagi misollari:

• Tabiiyatda, atomlar yoki molekulalar kosmik nurlar, Quyosh yoki boshqa manbalardan yuqori energiyali nurlarga muvofiqligida ionlashishga ega bo'lishi mumkin. Masalan, Quyosh shovqini, Quyoshdan chiqqan zaryadlangan zarrachalardan iborat, Yer fufondagi atomlar va molekulalarni ionlasha oladi, bu orqali plazma qavati yaratiladi, uni ionosfera deb atashadi. Ionosfera radiokanalakni qaytarib yuboradi va refrakt etadi, bu orqali uzun masofadagi aloqa va navigatsiya mumkin. Boshqa tabiiy ionlashish misoli - auroralarning yaratilishi, bu Quyosh shovqindagi zaryadlangan zarrachalar va Yer magnit maydoni va atmosferasi orasidagi ta'sir orqali paydo bo'lgan rangli nur chiplari. Zaryadlangan zarrachalar havo molekulalariga urinib, ularni ionlashadi, shuning uchun ular energiya darajalariga va turlariga qarab turli ranglardagi nurni ishlab chiqaradi.

• Texnologiyada, ionlashish mass-spektrometriya, radiatsion terapiya va yadroli sintez kabi maqsadlarda ishlatilishi mumkin. Mass-spektrometriya - bu mavjud narsaning ionlashishidan hosil bo'lgan ionlarning massasi va zaryadi orasidagi nisbatini o'lchovchi usul. Bu usul dori-darmonlar, belokistlar, saqchilar va boshqalar kabi substansiyalarning kimyoviy tarkibini aniqlash va hisoblash uchun ishlatilishi mumkin. Radiatsion terapiya - bu zaryadlangan radiatsiyadan foydalanib, rak yuzuvlarini yok qilish yoki kichirish uchun amalga oshiriladigan davolash. Radiatsiya rak yuzuvlarining DNAsini zarar beradi va ularni bo'linish va tarqalishidan oldini olishi mumkin. Yadroli sintez - bu ikkita yengil yadroni qattiq yadroga ayirish, shu orqali katta miqdordagi energiya chiqarish jarayoni. Bu jarayon yadroldagi musbat zaryadlangan yadroning elektrostatik radjabsizligini yengilash uchun juda yuqori harorat va bosim talab qiladi. Buni bajarishning bir usuli - yadroli reaktorlar uchun yog' qilish uchun ionlangan gaz yoki plazma ishlatishdir.

• Laboratoriya tajribalarida, ionlashish elektr maydoni qo'llanilishi, narsa issitanish yoki narsaga nurlash uchun juda ko'p usullar bilan tortib olish mumkin. Masalan, elektr maydoni gazni chiqindi tubida ionlashish uchun ishlatilishi mumkin, bu orqali turli dalalarda nurlaydigan plazma yaratiladi. Narsani issitanish uning elektronlarini yo'qotish va termal aralashish orqali ionlashishga sabab bo'lishi mumkin. Masalan, natriy metalli oddiyda issitilsa, natriy atomlari ionlashish orqali sarik rangli nur chiqaradi. Narsaga nurlash uning fotoni o'z ichiga olish va elektronlarni chiqarish, shunday qilib fotoionlashishga sabab bo'lishi mumkin. Masalan, vandar gaz ultrafiolet nurliga muvofiqligida fotoni o'z ichiga oladi va elektronlarni chiqaradi, bu orqali vandar ionlari va beproq elektronlar yaratiladi.

Xulosa

Ionlashish - bu atomlar yoki molekulalarning elektronlarni olish yoki yo'qotish orqali elektr zaryadini o'zgartirish jarayoni. Ionlashish sodir bo'lishi mumkin, masalan, urushlar, kimyoviy reaksiyalar yoki elektromagnit nurlarga muvofiqligida. Ionlashish narsaning kimyoviy va fizikaviy xususiyatlarini ta'sir qiladi va ko'plab tabiiy va texnologik hodisalarda muhim rol o'ynaydi.

Bu maqolada, biz natriy kloridini misol sifatida ishlatib, ionlashish jarayonini tushuntiramiz. Biz hamda ionlashish jarayonini ta'sir qiluvchi omillarni, masalan, ionlashtirish energiyasini va mediumning nisbiy dielektrik qonchiligidini ham bahs qildik. Nihoyat, biz tabiiy, texnologiya va laboratoriya tajribalarida ionlashishning turli kontekstlaridagi misollarni keltirdik.

E'lon: Asl ma'lumotlarga hurmat qilish, yaxshi maqolalar ulashishga xos, agar huquqlar buzilsa, iltimos, o'chirish uchun bog'laning.