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电离

电离,就是指电解质 [1]分子:如乙酸醋酸)CH3COOH(C2H4O2)、一水合氨氨水)NH3H2O、氢硫酸硫化氢)H2S、氢氯酸盐酸 氯化氢)HCl等;晶体,如NaCl、NH4NO3等)在水溶液中或熔融状态下产生自由离子的一种过程。

电离(Ionization),或称电离作用、离子化,是指在(物理性的)能量作用下,原子、分子形成离子的过程。是指原子或分子获得一个负或正电荷的获得或失去电子形成离子,通常与其他化学变化的结合。电离导致的电子的损失后的亚原子粒子碰撞,碰撞与其他原子,分子和离子,或通过与光的相互作用。异裂和杂原子取代反应可导致离子对的形成。电离能发生放射性衰变的内部转换过程,并将其能量激发原子核的内层电子使其喷出。

电离大致可细分为两种类型:一种连续电离(sequential ionization)和非连续电离(Non-sequential ionization)。在经典物理学中,只有连续电离可以发生。非连续电离则违返了若干物理定律,属于量子电离。

例如:

1、在水溶液中,由于水分子的作用,HCl全部离解成H+和Cl,因此被定义为强酸

2、在水溶液中,由于水分子的作用,CH3COOH部分离解成H+和CH3COO,因此被定义为弱酸

3、在光照或高能射线辐射下,气态原子、分子失去电子变成离子 [2]

电解质水溶液中或熔融状态下离解成自由移动阴阳离子的过程。将电子从基态激发到脱离原子,叫做电离,这个过程所需的能量叫电离电势能。例如氢原子基态能量为-13.6eV(电子伏特),使电子电离的电离势能就是13.6eV(即2.18×10-18焦耳)。简单点说,就是电解质在水溶液中或熔融状态下产生自由移动的离子过程。

原子是由原子核及其周围的带负电的电子所组成。原子核由带正电的质子和不带电的中子构成,由于质子所带的正电荷数与电子的负电荷数相等所以原子是中性的。原子最外层的电子称为价电子。所谓电离,就是原子受到外界的作用如被加速的电子或离子与原子碰撞时使原子中的外层电子特别是价电子摆脱原子核的束缚而脱离,原子成为带一个或几个正电荷的离子这就是阳离子。如果在碰撞中原子得到了电子,则成为阴离子

只适用于经典物理和玻尔模型,使原子和分子电离完全确定性,即每一个问题,始终有一个明确的和可计算的答案。

气体电离的日常例子,如在荧光灯或其它放电灯。它也被用于辐射探测器如盖革计数器、电离室。电离过程被广泛应用于基础科学,如质谱和放射治疗的各种设备。

带负电荷的离子时所产生的自由电子和原子相碰撞,随后被困在电势垒,释放多余的能量。这个过程被称为电子俘获电离。

带正电荷的离子通过能量传输足够数量的束缚电子与带电粒子碰撞产生的(例如,离子,电子或正电子)或光子。所需的能量阈值的量被称为电离电位。这种碰撞的研究是关于少体问题的根本重要性(见少体系统的文章),这是物理学的一个主要的未解决的问题。运动学完整的实验,即实验的所有碰撞碎片完整的动量矢量(散弹,反冲靶离子,和喷射的电子)被确定,有助于在近年来少体问题的理论认识的重大进展。 [2]

原子的电离能的趋势是经常被用来证明相对于原子的原子数的周期行为,如门捷列夫的原子排列的表了。这是建立和理解电子在原子轨道波函数的排序没有进入或电离过程的细节的一个有价值的工具。例如图1所示。周期性的急剧降低,电离稀有气体原子,比如后,表明在碱金属的一种新的壳的出现。此外,在电离能量图的局部极大值,从左到右一行,表示S,P,D,F子炮弹。 [2]

电离有两种,一种是化学上的电离,另一种是物理上的电离。电离通常包含物理过程和化学过程,物理过程就是溶解,化学过程不是化学变化。化学变化除了旧键的断裂还要有新键的生成,所以电离不是化学变化。而化学过程指的是在溶剂 [3] 分子(如水分子)作用下,电解质中原有的一部分化学键断裂。有的电离过程断裂的化学键是离子键,如氯化钠等大多数盐类的电离,氢氧化钠等大多数碱的电离。也有的电离过程断裂的是共价键,如硫酸的电离,氯化氢的电离等等。

化学上的电离是指电解质在一定条件下(例如溶于某些溶剂、加热熔化等),电离成可自由移动的离子的过程。在电离前可能是不含有离子(例如氯化氢),也可能是尽管有离子,但是里面的离子不能自由移动(例如氯化钠固体)。电离时生成的阳离子全部是氢离子(H+),它的化合物叫做酸,在水溶液中电离而生出的阴离子全部是氢氧根离子(OH-)的化合物叫做。如果我们的思维突破以水为介质,问题类似的转移,比如液氨溶剂的情况下,如果溶质电离产生阳离子的物质就是,电离产生阴离子的物质就是碱了,下面就总结一下经常遇到也是很少遇到一些溶剂本身自偶电离产生的阴阳离子,便于我们做一些判断,或者提高我们的思维的深度和广度:

H2O→H+ + OH-

2NH3→NH4+ + NH2-

2SO2→SO2++ SO32-

物理上的电离是指不带电的粒子在高压电弧或者高能射线等的作用下,变成了带电的粒子的过程。例如地球的大气层中的电离层里的粒子就属于这种情况。电离层中的粒子在宇宙中的高能射线的作用下,电离成了带电的粒子。物理电离的方式有高温、电场与高能辐射。

固体溶质 [4] 进入溶液后,首先发生微粒(分子或离子)的扩散(吸热)过程,接着是形成水合离子或水合分子的水合过程(放热)。这里有化学键的破坏和形成,严格说都是物理-化学过程。对于强电解质来说,溶解和电离是难以截然分开的,因为离子的扩散就是电离。不过对于弱电解质说来,首先是扩散成分子(吸热),然后在水分子作用下,化学键被破坏而电离成为水合的自由离子(这里总体表现是吸热还是放热要看破坏化学键需要的能量多,还是水合释放能量多了,因此,电离过程不一定是吸热)。

电离有完全电离和不完全电离之分。强电解质在水溶液中是完全电离的,如硫酸、氯化钠、氢氧化钠等。弱电解质在水溶液中呈现不完全电离状态,如氯化汞的电离,硫化氢的电离等。

应当注意,电离与电解 [5] 是有区别的。电离过程根本不需要通电(会电离的物质,只要溶解在特定溶剂里就会电离),而电解则需要外部通以电流

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