Akademik

Ionisation

 

die, -/-en, Ionisierung, die Anregung eines Atoms oder Moleküls in einen Kontinuumszustand, d. h. die völlige Abtrennung eines Elektrons durch Zufuhr eines entsprechenden Energiebetrags, der mindestens gleich der Ionisierungsenergie sein muss. Dabei wird die Nettoladung des Atoms oder Moleküls um eine positive Einheit der Elementarladung erhöht, und es ist gleichgültig, ob das Teilchen vorher bereits geladen, also »ionisiert«, war oder nicht. Im weiteren Sinn wird auch die Dissoziation von Molekülen (z. B. eines Gases oder in einer Elektrolytlösung) in positiv und negativ geladene Ionenpaare als Ionisation bezeichnet. Im Falle von Gasen spricht man dann je nach dem Ionisationsgrad von einem partiell oder vollständig ionisierten Gas (z. B. bei den Gasen der Ionosphäre).

 

Die Ionisation erfolgt durch Einwirkung genügend hochenergetischer Photonen (UV-, Röntgen- und γ-Strahlung, Photoionisation) oder Teilchen (z. B. Elektronen, Ionen oder andere schwere Teilchen, Stoßionisation). Von thermischer Ionisation spricht man, wenn bei heißen Stoffen die Energie der Wärmebewegung zur Ionisation ausreicht. Da Ionen und geladene Radikale von hoher chemischer Reaktivität sind, beruhen Strahlenschäden der Materie, insbesondere von biologischen Organismen, zum großen Teil auf der Ionisation sowohl durch die primäre Strahlung als auch durch Sekundärprodukte. Bei der Photoionisation wird das Photon vernichtet und der die Ionisierungsenergie überschreitende Energiebetrag als kinetische Energie auf das abgelöste Elektron übertragen. Für die Ionisation durch geladene Teilchen kann aus experimentellen und theoretischen Untersuchungen auf verschiedenen Mechanismen oder Modelle geschlossen werden, die auch konkurrierend auftreten können. Neben der direkten Coulomb-Ionisation (unmittelbare Übertragung von kinetischer Energie auf das Elektron) kann bei genügend langsamen Stößen von Atomen (oder Ionen) durch Quasimolekülbildung ein Elektron in einen höheren Zustand, d. h. auch in einen Kontinuumszustand, gehoben werden. Ferner sind ein Elektronentransfer von einem neutralen Atom auf ein stoßendes positives Ion, die Übertragung innerer Anregungsenergie von einem Stoßpartner auf den anderen (Stoß 2. Art), die bei entsprechenden Energieverhältnissen zur Ionisation führt (Penning-Ionisation), oder das »Abschütteln« (englisch shake off) eines Elektrons nach einem schnellen Stoß und anschließender Neuordnung der Elektronenhülle möglich. Außerdem gibt es noch den Effekt der Prä- oder Autoionisation, wenn sich ein Atom in einem Zustand befindet, dessen Energie größer ist als die Ionisierungsenergie (z. B. nach der gleichzeitigen Anregung zweier Elektronen), sowie den Auger-Effekt.