Ionisierte

Ionisierte Stoffe sind Atome oder Moleküle, die Elektronen verloren oder aufgenommen haben und dadurch elektrisch geladen sind. Der Zustand entsteht, wenn Energie die Bindungskräfte der Elektronen übersteigt, typically die Ionisationsenergie. Ionisierte Teilchen können positive Kationen oder negative Anionen sein. In Gasen spricht man von Ionisierung, in Plasmen von frei bewegten Elektronen und Ionen, die zusammen ein leitfähiges Gemisch bilden.

Die wichtigsten Mechanismen der Ionisierung sind: Photoionisation, bei der Photonen mit ausreichender Energie Elektronen herauslösen; Elektronenstoßionisation, verursacht durch Kollisionen mit hochenergetischen Elektronen oder anderen Teilchen; und Feldionisation, bei sehr starken elektrischen Feldern, die Elektronen aus Atomen tunneln oder austreten lassen. In chemischen oder biologischen Systemen kann auch Elektronenaufnahme auftreten, jedoch bleibt der Fokus meist auf den genannten drei Hauptwegen.

Ionisierte Gase bilden Plasmen, charakterisiert durch freie Elektronen und Ionen sowie eine hohe Leitfähigkeit. Typische Eigenschaften sind Debye-Abschirmung, Plasmafrequenz und ein stark verändertes optisches Verhalten. Der Ionisationsgrad bestimmt das Spektrum und die Reaktivität des Plasmas; in Gleichgewichtssituationen lässt sich der Zustand oft durch die Saha-Gleichung beschreiben, insbesondere bei hohen Temperaturen.

Anwendungen und Vorkommen finden sich in Forschung und Technik: Massenspektrometrie nutzt verschiedene Ionisierungsmethoden wie Elektronenstoß, elektrospray oder MALDI, um Moleküle zu geladener Form zu übertragen. Plasmen werden in der Oberflächenbehandlung, Halbleiterfertigung und Beleuchtung eingesetzt. In der Astronomie prägt Ionisierung die Struktur des interstellaren Medium und H II-Regionen um heiße Sternquellen.