Ionisointi

Ionisointi on prosessi, jossa atomi tai molekyyli menettää tai vastaanottaa elektroneja. Elektronin poistuminen johtaa positiiviseen ioniin (kationi); elektronin liittyminen syntyy negatiivisesta ionista (anion). Ionisointi on keskeinen ilmiö kemiassa, fysiikassa ja plasmaprosesseissa, ja se vaikuttaa aineen sähkönjohtavuuteen sekä kemiallisiin reaktioihin.

Ionisaatioenergia kuvaa energian määrää, jota tarvitaan poistamaan elektroni neutraalista atomista tai molekyylistä kaasumaisessa tilassa. Ensimmäinen ionisaatioenergia on energia, jolla poistetaan ensimmäinen elektroni; toisen ja seuraavien elektronien ionisointi vaatii jatkuvasti suurempia energiankäyriä. Ionisaatioenergia vaihtelee suuresti alkuaineittain ja kemiallisesti sitoutuneen tilan mukaan.

Ionisaatioa voidaan aiheuttaa useilla mekanismeilla. Fotoni-ionisaatio (fotoni absorptio aiheuttaa elektronin poistumisen) tapahtuu erityisesti UV- ja röntgensäteilyn vaikutuksesta. Elektronitörmäys-ionisaatio syntyy, kun korkeaenergiasähköinen elektroni tai hiukkanen törmää atomiin ja irrottaa elektronin. Terminen ionisaatio on tärkeä korkeissa lämpötiloissa: kuumissa kaasuissa ionisaatio tapahtuu lämpöenergian vaikutuksesta. Saha-yhtälö kuvaa ionisaation tasapainoa aikaisemmin mainituissa astrofysikaalisissa ja plasmaprosesseissa.

Ionisointi esiintyy luonnossa ja teknologiassa laajasti. Ilmakehässä ionisaatio ylläpitää ionosfääriä ja mahdollistaa radio- sekä telekommunikaation. Astrofysiikassa ionisoituneet plasmat ovat yleisiä ympäristöjä. Teollisuudessa ionisointia hyödynnetään esimerkiksi massaspektroskopiassa, pinnankäsittelyssä ja säteilymittauksissa. Tärkeä ero on eksitaatioon: ionisaatio johtaa elektronin poistumiseen tai liittymiseen, kun taas eksitaatio saa elektronin vain korkeampaan energiatasoon ilman ionin muodostumista.