Кластерные ионы - сложные ионы, состоящие из простых ионов (положительных или отрицательных)
и комплекса атомов или молекул, причём эти компоненты в составе К. и. сохраняют
свою индивидуальность. К. и., содержащий простой ион А+ и атомную
нейтральную частицу В, обозначается как А+В. Напр., К. и. К+ . (Н2O)n состоит из положит. иона калия и п молекул воды. К. и. наз. также комплексными ионами.
Компоненты К. и. мало изменяют
своп параметры, к-рыми они характеризуются в изолированном виде, что означает
отсутствие обычной химической связи в К. и. Поэтому энергия диссоциации
К. и. меньше, чем энергия хим. связи. С др. стороны, энергия диссоциации К.
и. значительно больше энергии диссоциации ван-дер-ваальсовых молекул, представляющих
собой совокупность двух или неск. молекул (или атомов) в газовой фазе (напр.,
Ar2, He2, CsHg и т. д.), у к-рых связь осуществляется
за счёт дальнодействующих ван-дер-ваальсовых сил. Связь в К. и. прочнее, чем
в ван-дер-ваальсовых молекулах, т. к. взаимодействие с участием заряж. частиц
сильнее, чем для нейтральных частиц, ктому же в К. и. обычно имеется слабое
перераспределение заряда у нейтральной компоненты, заметно усиливающее связь.
Т. о., по энергии диссоциации К. и. занимают промежуточное место между молекулами
и молекулярными ионами с хим. связью, а также ван-дер-ваальсовыми молекулами
(рис.).
|
Процесс |
Схема процесса |
||
|
Образование при
тройных столкновениях ............... |
|
||
|
Разрушение при
парных столкновениях ............... |
|
||
|
Переходы между
сортами кластерных ионов ............. |
|
||
|
Рекомбинация с
электронами . . . |
|
||
|
Взаимная нейтрализация
...... |
|
||
|
Фотораспад ............. |
|
||
Относительно небольшая энергия
диссоциации К. п. приводит к тому, что они могут эффективно разрушаться (и образовываться)
при тепловых энергиях. Это создаёт большое разнообразие К. и. в зависимости
от температуры, давления и др. условий, в к-рых находится система. Напр., в парах
воды при температуре порядка комнатной наблюдаются положит. К. и. Н3O+.(Н2О)n,
n=0
3, и отрицат.
К. и. ионы ОН- .(Н2O)n, n=1
4.
К. и. проявляются в разных процессах, протекающих в газе и плазме. В табл. представлен
перечень возможных процессов образования и распада К. и. Схемы процессов даны
для положит. ионов, но точно такие же процессы возможны и для отрицательных.
Диаграмма энергии диссоциации для ван-дер-ваальсовых молекул, кластерных ионов и молекул с химической связью. Рядом с указанной молекулой или ионом в скобках дано значение энергии: в эВ для кластерных ионов и молекул с химической связью; в 10-1 эВ- для ван-дер-ваальсовых молекул.
Важную роль К. и. играют
как ядра конденсации при конденсации паров воды и др. веществ в объёме, когда
давление паров превышает давление насыщ. пар при данной температуре. В этом случае
образование малых капель данного вещества термодинамически невыгодно из-за большого
поверхностного натяжения. А при наличии в газе К. и. на них образуются зародыши,
на к-рых происходят конденсация. Это обстоятельство составляет основу принципа
работы Вильсона камеры, используемой
для фотографирования следа быстрой частицы.
К. и. играют важную роль
в низкотемпературной плазме. Они смещают ионизационное равновесие в плазме.
К. и. эффективно образуются в газоразрядной плазме низкого давления, в частности
в газоразрядном лазере на угарном газе (СО). Многообразие их сортов наблюдается
при низкой температуре, в частности в криогенной плазме.
Разл. К. и. присутствуют
в атмосфере Земли, причём с изменением высоты состав ионов существенно изменяется.
Напр., в стратосфере на высоте 35-40 км присутствуют отрицат. ионы 
, 
, 
и др. ионы подобного вида. Наиб, полно исследован состав ионов и протекающие
с их участием процессы в D-слое ионосферы.
Б. М. Смирнов
|
|
 |
