Приглашаем посетить сайт

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах
ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ИОНЫ

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ИОНЫ

ОТРИЦАТЕЛЬНЫЕ ИОНЫ - вгазах -атомы или молекулы газа, захватившие добавочный электрон.

Атомный О. и. представляет собойсвязанное состояние атома и электрона; по своей структуре как система, <состоящая из положительно заряженного ядра и электронов, О. и. подобенатому. Однако, в отличие от атома, в О. и. взаимодействие валентного электронас атомом короткодействующее; поэтому число связанных состояний О. и. чащевсего одно, в то время как атом обладает бесконечным числом связанных состояний. <Взаимодействие валентного электрона О. и. с атомным остатком носитобменный характер (см. (Обменное взаимодействие). Поэтому способностьюприсоединять к электронной оболочке добавочный электрон обладают атомы, <у к-рых внеш. часть этой оболочки не заполнена. Для атома с заполненнойэлектронной оболочкой взаимодействие имеет характер отталкивания; вследствиеэтого щёлочноземельные металлы, имеющие заполненную внеш. s -оболочкуиз двух электронов, и инертные газы, имеющие замкнутую оболочку из шести р -электронов, <не имеют О. и.

Осн. характеристикой О. и. является энергиясвязи электрона и захватившего его атома, наз. энергией сродства к электрону и обозначаемая ЕА(electron affinity). ЕА значительноменьше потенциалов ионизации атомов (табл. 1).

Методов измерения ЕА существуетмного. Наиб. информация получена методом фотоэлектронной спектроскопии- измерение порога фотораспада О. и. или энергии электронов, оторванныхот О. п. при облучении лазерным излучением. ЕА для атомов галогеновопределяются по спектру излучения плазмы, к-рый даёт порог фотоприлипанияэлектрона к атому галогена. Др. методы: метод поверхностной ионизации, <анализ диссоциативного прилипания электрона к молекуле - обеспечивают точность, <на два порядка худшую, чем метод фотоэлектронной спектроскопии.

Табл. 1. - Энергия связи различных атомови электрона

	Атом	EA, эB			Атом	ЕА, эB
1	Н	0,75416		37	Rb	0,4859
3	Li	0,609		39	Y	0,307
5	В	0,277		40	Zr	0,426
6	С	1,269		41	Nb	0,893
7	N	нет		42	Mo	0,746
8	О	1,46112		43	Tc	0,5
9	F	3,399		44	Ru	1 ,05
11	Na	0,5479		45	Rh	1, 137
13	Al	0,441		46	Pd	0,557
14	Si	1,385		47	Ag	1 ,302
15	Р	0,7465		49	In	0,3
16	S	2,07712		50	Sn	1,2
17	Cl	3,617		51	Sb	1,07
19	К	0 ,501		52	Те	1,9708
21	Sc	0,188		53	I	3,0591
22	Ti	0,079		55	Cs	0,47163
23	V	0,525		57	La	0,5
24	Сr	0,666		73	Та	0,322
25	Mn	нет		74	W	0,815
26	Fe	0,163		75	Re	0,15
27	Co	0,061		76	Os	1,14
28	Ni	1,156		77	Ir	1,56
29	Cu	1 ,228		78	Pt	2,128
31	Ga	0,30		79	Au	2,3086
32	Ge	1,20		81	Tl	0,2
33	As	0,81		82	Pb	0,364
34	Sе	2,0207		83	Bi	0,946
35	Br	3,365		84	Po	1,9

Пpимечание. Несуществующие отрицательныеноны инертных газов и щёлочноземельных металлов не включены в таблицу.

Двухзарядиые О. и. не существуют. В редкихслучаях О. и. могут иметь метастабильные возбуждённые состояния. В табл.2 приводятся ЕА для основного и возбуждённого состояний техО. и., у к-рых имеются возбуждённые состояния.

Табл. 2. - Энергия связи в основноми возбуждённом состояниях

Отрицательныйион, состояние	EA, эВ
C-(4S)	1,269
C-(2D)	0,033
Аl-(3P)	0,441
Al-(2D)	0,109
Si-(4S)	1,385
Si-(2D)	0,523
Si-(2P)	0,029
Se-(1D)	0,188
Se-(3D)	0,041

Отрицательныйион, состояние	EA, эВ
Ge-(4S)	1 ,2
Ge-(2D)	0,4
Y-(1D)	0,307
Y-(3D)	0,164
Pd-(2S)	0,557
Pd-(2D)	0,421
Sn-(4S)	1,2
Sn-(2D)	0,4

Если О. и. содержит два возбуждённых электрона, <то такое состояние является автораспадным. Короткоживущие (~ 10^-4 с)автораспадные состояния О. л. проявляются в процессах столкновения электроновс атомами. Напр., существование автораспадного состояния О. и. азота повышаетэффективность излучения низкотемпературной азотной плазмы.

Молекулярные О. и. представляютсобой связанное состояние молекулы и электрона. Энергии сродства нек-рыхмолекул к электрону приведены в табл. 3.

Табл. 3. - Энергия связи электрона смолекулой

Молекула	ЕА, эВ		Молекула	ЕА, э В
Br2	2,6		NO2	3,1
Cl2	2,4		O3	2,1
F2	3,0		SH2	1,1
I2	2,5		SO2	1,0
O2	0,44		СО 3	2,8
OН	1,83		NO2	3,7
S2	1,66		СО 4	1,2

Методы определения ЕА для молекулярныхО. п. основаны на исследовании поверхностной ионизации, процессов фотораспада, <диссоциативного прилипания и др. ионно-молекуляр-ных и ионно-ионых процессов. <Точность определения ЕА для молекул существенно ниже, чем для атомов. <Молекулярные О. п. могут образовывать кластерные ионы; особенноэффективно они образуются в электроотрицат. газах при низких темп-pax.Наличие автораспадных состояний молекулярных О. и. увеличивает эффективностько лебательного возбуждения молекул в разряде на неск. порядков.

Процессы разрушения и образования О. и. <очень разнообразны (табл. 4).

Табл. 4. - Разрушение и образованиеотрицательных ионов

Процесс	Пример
1. Диссоциативноеприлипание электрона к молекуле	е + Н 2 --- + Н
2. Прилипаниеэлектрона к молекуле при тройных столкновениях	е+ 2 О 2--2- + О 2
3. Радиац. прилипаниеэлектрона к атому и молекуле	е + Н --- +
4. Хемнпонизация	Cs + MoF6--> Cs+ + MoF6
5. Резонанснаяперезарядка	H-+ H --> H + H-
6. Нерезонанснаяперезарядка	О 2-+ О 3-->O2 + O3-
7. Ионно-молекулярныереакции	UF6-.BF3 --> UF5 + BF4-
8. Образованиекластерных ионов	OH-+H20+O2--> ОН - * H2O+O2
9. Фотодиссоциация	CO3 -хH2O +-->CO3- + H2O
10. Фотораспад	H-+hw -->H + e
11 . Взаимнаянейтрализация ионов	H++ H- -->2H
12. Рекомбинацияионов при тройных столкновениях	NO++NO2-+N2--> NO+NO2+N2
13. Ассоциативныйраспад	O-+ СО --> СО 2 + e
14. РазрушениеО. и. при столкновениях	H-+ He --> H + He + e

Эффективностью этих процессов определяетсяроль О. и. в разл. газово-плазменных системах. Образование О. и. в газовомразряде резко снижает проводимость плазмы, а это приводит к возникновениюнеустойчивостей и структур в газовом разряде. Введение в газовый промежутокэлектроотрицат. газов повышает его пробойное напряжение. Существенны процессыс О. и. в атмосфере Земли, планет, звёзд. Отрицат. заряд у поверхностиЗемли связан с процессом 2 (табл. 4). Излучение Солнца в оптич. областиспектра в большей степени создаётся процессом 3 (табл. 4), протекающимв фотосфере Солнца.

Лит.: Смирнов Б. М., Отрицательныеионы, М., 1978; Месси Г., Отрицательные ионы, пер. с англ., М., 1979.

Б. М. Смирнов.