А°*=А++е.(III. 3)

. Для осуществления ионизации к молекуле нужно подвести энергию не менее работы ионизации (или потенциала ионизации £/,■), выражаемой обычно в электронвольтах (или в вольтах). Электрон-вольт равен приращению энергии электрона, прошедшего разность потенциалов в 1 в.

Потенциал ионизации отдельного свободного атома колеблется в пределах 3,9 (цезий) — 24,5 (гелий) эв. Эти данные относятся к первичной однократной ионизации, приводящей к отрыву одного электрона, слабее всего связанного с ядром атома. Отрыв следующего электрона требует энергии в десятки и сотни электронвольт. Полная многократная ионизация атома с отрывом всех его электронов может требовать тысяч электронвольт и в тех процессах, которые мы будем рассматривать, никогда не встречается. Отрыв электрона от атома, входящего в состав молекулы, требует несколько больше энергии, чем отрыв его от свободного атома. Например: (Л для Н составляет 13,5 в, для Нг — 15,4 в, для N = 14,5 в, для Ыг — 15,8 в. Электрон может быть вырван не только из отдельного атома, но и из плотного их скопления в форме конденсированной фазы — твердых и жидких веществ. Для этого нужно затратить работу выхода £/„, которая примерно в 2 раза меньше потенциала ионизации, характеризующего вырывание электрона из отдельного свободного атома.

Энергия ионизации может подводиться к молекуле двумя путями: соударением молекулы с другими частицами — молекулами, атомами, ионами, электронами — и электромагнитным излучением, производящим фотоионизацию.

В ионизирующих соударениях особенно велика роль электронов. Вследствие малой величины массы (0,91 • 10~27г) при значительном электрическом заряде (е = 1,60 • Ю-18 к) электрон при воздействии силы электрического поля £ = еЕ получает большие ускорения и легко доводится до скоростей, достаточных для ионизирующих соударений. По законам механики электрон, имеющий незначительную массу по сравнению с молекулой, при соударении может передать ей практически всю кинетическую энергию, тогда как при соударении частиц примерно одинаковой массы, например двух молекул, может быть передана лишь половина энергии. Поэтому в большинстве случаев достаточно учитывать лишь ионизирующие соударения электронов. Ионизирующие соударения других частиц столь редки, что их можно не принимать во внимание.

Строение и свойства элементарных частиц сложны и своеобразны. Несмотря на это, простейшая модель из твердых упругих шаров, как показывает опыт, достаточно удовлетворительно передает некоторые процессы соударений элементарных, частиц, хотя,

конечно, молекула или ион мало похожи на упругие стальные шарики, для которых выведены законы механики. Соударения частиц могут быть упругими или неупругими. При упругом соударении никаких изменений в строении частиц не происходит. Частицы лишь обмениваются энергией и изменяют направление и скорость движения в соответствии с законами механики. Упругие соударения повышают температуру газа. При неупругом соударении электрон, в котором никогда никаких изменений не происходит, остается неизменным; тяжелая частица, например газовая молекула, в соответствии с количеством энергии, полученным при соударении, может подвергнуться диссоциации, возбуждению и ионизации, а избыток энергии соударения может пойти на изменение направления и скорости движения частиц.

Изменения в строении атомов и молекул, возбуждение и ионизация могут производиться поглощением квантов электромагнитного излучения, что называется фотоионизацией. Квант излучения для производства ионизации должен иметь энергию не меньше потенциала ионизации:

hf eUc,(Ш.4)

где h = 4,13 • Ю-16 эв • сек — постоянная Планка; / — частота излучения.

Избыток энергии кванта может сообщать частице скорость v;

hf^eUl + ~.(III.5)

Энергия кванта излучения hf пропорциональна частоте / и обратно пропорциональна длине волны А, так как f~Y где с—скорость

света в пустоте. Тогда энергия кванта будет у. Чем короче волна, тем больше энергия кванта излучения. Можно определить предельную наибольшую длину волны, которая еще производит ионизацию атомов с потенциалом ионизации Ut. Очевидно энергия ионизации eUi должна равняться энергии кванта излучения: е{/£ = —, отсюда

, hc 4,13 . Ю-» • 3 • 1010 12,4 • 10-*12 400 8 /11Т „ч

Для наиболее легко ионизирующихся паров цезия

Х = !^ = 3180Д,(Ш.7)

что лежит за пределами видимого света — в ультрафиолетовой области.

Видимый свет не ионизирует паров щелочных металлов. Рентгеновское излучение и тем более у-излучение радиоактивных веществ ионизируют все газы. В наиболее важном для нас дуговом