Ionizacija – razlika između verzija
Uklonjeni sadržaj Dodani sadržaj
m robot kozmetičke promjene |
dopuna |
||
Red 1:
[[Datoteka:Ionization energies.png|right|thumb|400px|Ionizacijska energija neutralnih kemijskih elemenata]]
[[datoteka:Ionization chamber.svg|mini|desno|300px|Skica [[Ionizacijska komora|ionizacijske komore]].]]
[[datoteka:Ionizacni komory v dozimetru.jpg|mini|desno|300px|[[Ionizacijska komora]] u [[dozimetar|dozimetru]].]]
== Ionizacijska energija ==▼
[[datoteka:Geiger counter.jpg|mini|300px|desno|[[Geigerov brojač]].]]
[[datoteka:Cloud chamber bionerd.jpg|mini|desno|300px|[[Maglena komora]] s vidljivim tragovima [[ionizirajuće zračenje|ionizirajućeg zračenja]] (kratki debeli tragovi su [[alfa-čestica|alfa-čestice]], a dugi i tanki tragovi su [[beta-čestica|beta-čestice]]).]]
[[datoteka:BubbleChamber-fnal.jpg|mini|desno|300px|[[Komora na mjehuriće]].]]
'''Ionizacija''' ili '''ioniziranje''' je nastajanje električki nabijenih čestica, [[ion]]a, iz neutralnih [[atom]]a ili [[molekula]]. Ionizaciju može izazvati druga električki nabijena čestica (ion, [[elektron]], [[pozitron]], [[mezon]], [[proton]], [[alfa-čestica]], [[deuteron]]) 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 [[elektron]]e. Najmanja za to potrebna energija je '''energija ionizacije''' (ionizacijski potencijal), to jest [[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 [[Kemijski element|kemijskog elementa]] da ulazi u [[Kemijska reakcija|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 [[kation]]a i tako dalje. 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 [[zrak]]u. Ona ovisi o energiji, [[masa|masi]] i [[Električni naboj|naboju]] čestice, za razliku od '''totalne ionizacije''', to jest 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 [[tlak]]u plina i stupnju ionizacije, to jest o omjeru između broja nastalih iona i preostalih neutralnih atoma, odnosno molekula. Gibajući se kroz sredstvo, čestica koja uzrokuje ionizaciju postupno gubi energiju i konačno se može zaustaviti. U zraku pri temperaturi od 15 [[celzij|°C]] i tlaku od 101 325 [[Paskal|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''', to jest proces nastajanja iona djelovanjem elektrona i iona koji su nastali primarnom ionizacijom, ako su prilikom svojega postanka dobili dovoljno veliku energiju. Neutralne čestice, na primjer [[neutron]] ili neutralni [[mezon]], mogu uzrokovati samo sekundarnu ionizaciju, predajući ili svu svoju energiju ili samo njezin dio nekoj električki nabijenoj čestici, na primjer [[proton]]u. <ref> '''ionizacija''', [http://www.enciklopedija.hr/Natuknica.aspx?ID=27752] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>
== Energija ionizacije ==
Energija ionizacije ili ionizacijska [[energija]] je energija nužna da [[atom]] ili [[molekula]] u plinovitom stanju izgubi jedan [[elektron]]. Graf prikazuje koliko ona iznosi za neutralne atome i može se uočiti da se uglavnom najteže daju ionizirati [[plemeniti plinovi]]. No neke se molekule teže ioniziraju nego [[helij]], na primjer ionizacijska energija [[kisik]]a O<sub>2</sub> iznosi 50 [[eV]], [[ozon]]a O<sub>3</sub> 11,7 eV, [[voda|vode]] H<sub>2</sub>O 12,6 eV. <ref>''Handbook of physics'', Walter Benenson i dr., Springer, New York, 2002.</ref> Izbačeni elektron može kratko vrijeme ostati slobodan, može se vezati uz neki neutralni atom ili molekulu i tako stvoriti negativno nabijen ion, ili se spojiti s nekim pozitivno nabijenim ionom. Koliko dugo će elektron biti slobodan ovisi uglavnom o tlaku plina, temperaraturi i stupnju ionizacije, to jest o broju nastalih iona i preostalih neutralnih atoma. Čestica koja uzrokuje ionizaciju postupno, svakim sudarom, gubi [[kinetička energija|kinetičku energiju]]. Sekundarna ionizacija je proces nastajanja iona djelovanjem elektrona i iona koji su nastali primarnom ionizacijom, ako su oni prilikom svojega postanka dobili dovoljno veliku kinetičku energiju.
== Uzroci ionizacije ==
Ionizaciju može uzrokovati [[elektromagnetsko zračenje|elektromagnetsko]] ili čestično [[zračenje]] dovoljno velike energije ([[[ultraljubičasto zračenje|ultraljubičasto]], [[rendgenske zrake|rendgensko]], [[gama-zračenje]]), bilo [[Fotoelektrični učinak|fotoelektričnim učinkom]], tako da jedan od vezanih elektrona u atomu preuzme svu energiju [[kvant]]a zračenja, bilo [[Comptonov učinak|Comptonovim učinkom]], kada elektron preuzme samo dio te energije. Ionizaciju uzrokuje i [[ionizirajuće zračenje]] ([[Radioaktivnost|radioaktivno zračenje]]).
Ionizaciju može izazvati [[trenje]] zmeđu slojeva tvari. Tako nastaje električni naboj
[[Električni izboj]]i u [[plin]]ovima također se svode na ionizaciju. Ako nema djelovanja [[električno polje|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 [[elektroda]]ma, i to negativno nabijeni prema [[anoda|anodi]], a pozitivno nabijeni prema [[katoda|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 ([[William Crookes]]), a uz povećanje tlaka i napona, izbijanjem električnih iskara ili stvaranjem [[električni luk|električnog luka]].
Ioni mogu nastati i zbog [[toplina|toplinskog]] gibanja atoma i molekula pri visokim [[temperatura]]ma, na primjer u [[plamen]]u. Tada atomi i molekule imaju dovoljnu kinetičku energiju da u međusobnim sudarima jedni druge ioniziraju. Pri visokoj temperaturi (10 000 [[Kelvin|K]]) nastaje [[plazma]], električki vodljiva plinska smjesa koja sadrži znatnu koncentraciju kationa i elektrona. Kod vrlo visokih temperatura, na primjer 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 [[Kozmičke zrake|kozmičkoga zračenja]] iz [[svemir]]a i [[Sunce|Sunčeva]] [[Ultraljubičasto zračenje|ultraljubičastoga zračenja]].
Ionizacija se zbiva i u vodi i drugim [[otapalo|otapalima]] kada se u njima otapaju i s njima reagiraju takozvani potencijalni elektroliti, koji se prije [[Elektrolitska disocijacija|elektrolitske disocijacije]] ne sastoje od iona. Tako na primjer plin [[klorovodik]] (HCl) u reakciji s [[voda|vodom]] daje hidronijev ion (H<sub>3</sub>O<sup>+</sup>) i ion [[klor]]a (Cl<sup>–</sup>).
== Mjerni instrumenti ==
Na načelu ionizacije zasnivaju se mnogi [[mjerni instrument]]i u fizici i kemiji. Najpoznatiji su ionizacijska komora, Geiger-Müllerovo brojilo, Wilsonova komora, različiti [[Spektrometar|spektrometrijski instrumenti]].
{{Glavni|Ionizacijska komora}}
Ionizacijska komora je uređaj za proučavanje ionizacije plinova, otkrivanje (detekciju) i mjerenje intenziteta [[Ionizirajuće zračenje|ionizirajućega zračenja]]. Glavni su joj dijelovi zatvorena cilindrična komora, u kojoj se nalazi plin pod određenim [[tlak]]om, i dvije elektrode s različitim [[potencijal]]ima. To je jedan od prvih detekora ionizirajućega zračenja kojemu se načelo detekcije zasniva na sabiranju ionskih parova koji nastaju u plinu u električnom polju komore. Prolaskom [[foton]]a ili neke nabijene čestice dovoljne energije kroz komoru, ioniziraju se ili pobuđuju molekule plina uzduž staze čestice. Ionizacijom neutralne molekule nastaju pozitivni ion i slobodni elektron, koji se nazivaju ionskim parom. Iz nastalih ionskih parova stvara se strujni signal, koji se dalje može oblikovati i pojačavati u izlazni signal, razmjeran intenzitetu (broju čestica i energiji) upadnoga zračenja. Ionski parovi nastaju izravnim ioniziranjem, ali su mogući i drugi procesi kojima upadno zračenje gubi energiju bez stvaranja iona (procesi pobuđivanja molekula). <ref> '''ionizacijska komora''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=27753] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>
=== Geiger-Müllerovo brojilo ===
{{Glavni|Geigerov brojač}}
Geiger-Müllerovo brojilo je naprava za detekciju ionizirajućega zračenja, odnosno brojenje prolaska ionizirajućih čestica ili fotona. Najčešća je izvedba brojila u obliku [[metal]]ne cijevi ili staklene cijevi s metalnom oblogom, koja ujedno ima ulogu katode. Anoda je tanka metalna [[žica]] koja prolazi kroz os cijevi. Elektrode su spojene na visoki [[napon]], a cijev je ispunjena smjesom plemenitoga plina (na primjer [[argon]]a ili [[neon]]a). U trenutku kada ionizirajuća čestica ili foton u prolazu kroz brojilo ionizira plin, produkti ionizacije (pozitivni ioni i elektroni) razdvajaju se pod djelovanjem električnoga polja. Ioni se ubrzano gibaju prema katodi, a elektroni prema anodi i pritom u plinu uzrokuju daljnju, lavinsku ionizaciju. Time se nakratko zatvara [[strujni krug]] i na [[otpornik]]u u vanjskome dijelu kruga nastaje [[napon]]ski [[impuls]]. Ti se impulsi odbrojavaju u elektroničkom brojilu, koje često ima i mali [[zvučnik]] za zvučnu indikaciju zračenja. U takozvanom mrtvome vremenu, dok je plin ioniziran, brojilo ne može indicirati novo zračenje. Stoga se za prekidanje (gašenje) daljnje ionizacije i stalnog izboja u cijev dodaju i male količine drugih plinova ili para. Važno je svojstvo brojila učinkovitost, to jest omjer broja indiciranih i ulaznih čestica ili fotona. Geiger-Müllerovo brojilo može služiti i za detekciju [[neutron]]a, premda oni, električki neutralni, ne uzrokuju ionizaciju. Međutim, neutroni mogu uzrokovati sekundarnu ionizaciju, i to oslobađanjem [[alfa-čestica]] u [[nuklearna reakcija|nuklearnoj reakciji]] s elementom [[Bor (element)|borom]], pa u tu svrhu cijev brojila treba sadržavati plinoviti borov trifluorid. <ref> '''Geiger-Müllerovo brojilo''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=21512] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>
▲Ionizaciju može izazvati trenje zmeđu slojeva tvari. Tako nastaje električni naboj oblaka.
=== Wilsonova komora ===
{{Glavni|Maglena komora}}
'''Wilsonova komora''' (po škotskom fizičaru [[Charles Thomson Rees Wilson|Charles Thomson Rees Wilsonu]]), prvi uređaj kojim se mogla registrirati staza nabijenih čestica, posebno [[alfa-čestica]] i [[elektron]]a emitiranih iz [[radioaktivnost|radioaktivnih materijala]]. U osnovi je to posuda ispunjena smjesom [[zrak]]a i [[vodena para|vodene pare]], u kojoj se brzim povećanjem njezina [[volumen]]a s pomoću pokretne membrane i [[Klip stroja|klipa]], zbog pada tlaka i temperature, postiže prezasićenost zraka vodenom parom, pri čem dolazi do [[kondenzacija|kondenzacije]] vodene pare duž staze nabijene čestice. Prolaskom kroz komoru, nabijena čestica izaziva ionizaciju molekula zraka, koje tako postaju središta kondenzacije. Na tom osnovnom načelu razvijena je [[maglena komora]] ([[Patrick Blackett]]) i [[komora na mjehuriće]] ([[Donald Glaser]]). <ref> '''Wilsonova komora''', [http://www.enciklopedija.hr/natuknica.aspx?ID=66207] "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2015.</ref>
==
{{Glavni|Mjerne jedinice ionizirajućeg zračenja}}
[[Ionizirajuće zračenje|Ionizirajućim zračenjem]] ionizira se i [[tkivo]], prije svega [[voda]] kao glavni sastojak tkiva, pri čemu nastaju kemijski vrlo reaktivni [[radikal]]i, koji uzrokuju ozbiljna biološka oštećenja organizma.
== Izvori ==
<references/>
[[Kategorija:Molekularna fizika]]
| |||