Ionisationen

Ionisationen bezeichnen in der Physik und Chemie Prozesse, bei denen Elektronen aus neutralen Atomen oder Molekülen entfernt werden, wodurch Ionen entstehen. In der Regel bleibt dabei ein freies Elektron zurück; das Ion trägt eine positive Ladung. Der Begriff wird in der Gas- und Plasmaphysik, der Spektroskopie sowie der Chemie verwendet.

Zu den Hauptformen der Ionisation gehören: Photoionisation, bei der Photonen Energie größer als die Ionisationsenergie besitzen; Kollisionsionisierung durch energiereiche Stöße mit anderen Teilchen; Feldionisation durch starke elektrische Felder; und Tunnelionisation, die besonders unter sehr intensiven Laserfeldern auftritt, wenn Elektronen durch die Barriere tunneln.

Ionisationsenergie ist die minimale Energie, die benötigt wird, um das erste Elektron zu entfernen. Für weitere Elektronen gelten deutlich höhere Ionisationsenergien; die Summen entsprechen den mehrstufigen Ionisationsenergien. Die Ionisationsenergie wird oft in Elektronenvolt (eV) oder kJ/mol angegeben. Ein bekanntes Beispiel ist die erste Ionisationsenergie von Wasserstoff, 13,6 eV.

Der Ionisationsgrad bezeichnet den Anteil der Atome, die ionisiert sind. In Plasmen wird oft ein dynamisches Gleichgewicht zwischen Ionisation und Rekombination beobachtet; in der Astrophysik liefert die Saha-Gleichung eine statische Näherung. Die Angabe der Ionisationszustände eines Elements (z. B. Fe II, Fe III) beschreibt, wie viele Elektronen entfernt wurden.

Anwendungen der Ionisation finden sich in der Massenspektrometrie, der Halbleitertechnik, der Medizin- und Strahlungsphysik sowie in der Astronomie und der Plasmaforschung. Ionisationsprozesse beeinflussen Spektrallinien, Ladungsverteilungen in Materialien und das Verhalten von Gasen unter hohen Temperaturen.