Jonai
Jau žinome – kai elektronų skaičius atome lygus jo branduolio protonų skaičiui, atomas yra neutralus. Iš tokių atomų sudaryta medžiaga yra neutrali, o iš tokių medžiagų sudaryti kūnai taip pat neutralūs.
Atomai gali dalies elektronų netekti arba kiek nors jų prisijungti. Atomai, kurie neteko dalies elektronų arba kiek nors jų prisijungė, vadinami jònais.
Jonai gali būti teigiamieji arba neigiamieji. Prisijungę papildomų elektronų ir įgavę neigiamąjį elektros krūvį, atomai vadinami neigiamaisiais jònais, arba anijònais. Dalies elektronų netekę atomai – teigiamaisiais jònais, arba katijònais (6.7.1 pav.).
Jonizacija
Jonizãcija – tai procesas, kai iš neutraliųjų atomų susidaro teigiamieji jonai ir laisvieji elektronai. Gali vykti atskira atomo ar molekulės jonizacija arba dujų, skysčio ar kietojo kūno jonizacija. Jonizúoti – tai iš neutralaus atomo išplėšti elektroną. Norint jonizuoti, reikia energijos. Jonizaciją galima sukelti šviesa, šiluma, elektriniu ir magnetiniu laukais, vykstant cheminėms reakcijoms ir kitais būdais.
Jonizacija šiluma ir šviesa
Normaliosiomis sąlygomis didžiąją dujų dalį sudaro neutralieji atomai ir molekulės. Paprastumo dėlei tarkime, kad dujas sudaro penki neutralieji atomai (6.7.2 pav., a). Pakaitinus dujas žvakės liepsna, atomai, įgavę energijos, pradeda greitai judėti (6.7.2 pav., b). Keturi atomai susiduria ir išmuša vieni iš kitų elektronus. Atsiranda keturi teigiamieji jonai ir tiek pat laisvųjų elektronų (6.7.2 pav., c). Vienas laisvasis elektronas prisijungia prie neutraliojo atomo ir šis virsta neigiamuoju jonu (6.7.2 pav., d). Šiuo atveju šiluma sukėlė jonizaciją.
Šviesa taip pat gali sukelti jonizaciją – suteikti elektronams pakankamai energijos, kad jie galėtų atsiskirti nuo atomo. 6.7.3 paveiksle pavaizduota, kaip išmušamas elektronas iš šviesa veikiamo neutraliojo deguonies atomo.
Plazma
Plazmà (gr. plasma – lipdinys, darinys) vadinamos iš dalies arba visiškai jonizuotos dujos. Paprastai plazmoje gali būti skirtingų jonų, laisvųjų elektronų ir neutraliųjų atomų. Visiškai jonizuotose dujose neutraliųjų atomų nėra.
Plazma yra elektriškai neutrali. Tai reiškia, kad ją sudarančių teigiamųjų ir neigiamųjų elektringųjų dalelių kiekis yra vienodas (6.7.4 pav.).
Plazminė būsena greta kietosios, skystosios ir dujinės laikoma ketvirtąja žinoma agregatine medžiagos būsena (6.7.5 pav.). Net 99,9 % Visatos masės sudaro plazma – žvaigždės, tarpžvaigždinės dujos, viršutinė Žemės atmosferos dalis jonosfera ir pan. yra plazmos būsenos. Žmogus tokią plazmą gali sukurti tik laboratorijose.
Jonizacijos pavyzdžiai
Gamtoje galime pamatyti ne vieną natūralios jonizacijos reiškinį. Viršutinėje Žemės atmosferos dalyje jonosferoje susidaro sidabriškieji debesys, šiaurės pašvaistės, kyla magnetinių audrų. Būtent dėl šio sluoksnio galimas radijo ryšys tarp tolimiausių Žemės rutulio vietų. Žaibuojant jonizuotais kanalais teka labai stipri elektros srovė. Žaibas gali susidaryti tarp žemės ir debesų, tarp debesų ir debesies viduje (6.7.6 pav.).
Žmogaus sukurta dirbtinė jonizacija naudojama daugelyje sričių: pavyzdžiui, suvirinant metalus (6.7.7 pav.), dujiniuose lazeriuose – labai galinguose šviesos šaltiniuose ir kitur. Jonizuotos dujos švyti, kai jomis teka elektros srovė (6.7.8 pav.). Spalva priklauso nuo dujų rūšies. Ši savybė pritaikoma apšvietimo lempose. Įvairiu pavidalu išlankstyti praretintųjų dujų pripildyti šviečiantys vamzdeliai (6.7.9 pav.) panaudojami reklaminių stendų iliuminacijoms (lot. illuminatio – apšvietimas, išryškinimas) ir pan.
Platesniam akiračiui
Iš Pakrúojo rajono kilęs fizikas ir chemikas Teodoras fon Grotusas (Theodor von Grotthuss, 1785–1822) iškėlė idėją, kad molekulės sudarytos iš dviejų priešingai įelektrintų dalių (polių) – taip jis nuspėjo, kad egzistuoja jonai. T. fon Grotusas pirmasis pradėjo vartoti terminus „teigiamasis polius“, „neigiamasis polius“.
Kibirkštis – plonytė smarkiai jonizuotų dujų gija, kuria per akimirką prateka gana stipri elektros srovė. Kibirkštimi galima išgręžti sudėtingas angas metaluose, pramušti mažas skylutes stikle ir kitose medžiagose, uždegti benzino ir oro mišinį automobilio variklyje.
Naujas fizikos tyrinėjimų objektas – dulkėtoji plazma. Taip vadinamas įsielektrinusių dulkelių ir kitų dalelių mišinys. Žemės atmosferoje dulkėtoji plazma susidaro 90 km aukštyje, ledo kristalėliams prisijungus laisvuosius elektronus (jų čia gausu dėl jonizuojančiųjų Saulės spindulių). Ryškiausi tokios plazmos pavyzdžiai: sidabriškieji debesys, Saturno žiedai (6.7.10 pav.), kometų uodegos, kosminiai ūkai.
Klausimai ir užduotys
- Ką vadiname jonais? Plazma?
- Kuo skiriasi jonai nuo neutraliųjų atomų?
- Ką vadiname jonizacija?
- Pateikite natūralios ir dirbtinės jonizacijos pavyzdžių.
- Ko būtinai reikia, norint jonizuoti atomą?
- Kokios dujos sudaro 6.7.4 paveiksle pavaizduotą plazmą?
- Pasidomėkite, ar orą, kuriuo kvėpuojame, galima bent iš dalies vadinti plazma. Kodėl?
- Parenkite pranešimą viena iš šių temų: „Kaip atsiranda žaibas?“, „Kaip susidaro šiaurės pašvaistė?“ Pranešimo formą pasirinkite laisvai.
- Ar kibirkštys, kartais šokčiojančios, šukuojantis plaukus, velkantis megztinį, uždarant automobilio dureles, panašios į žaibą? Kodėl?
- Kaip manote, ar kartais mes, žmonės, nebūname panašūs į jonizuojamus atomus, kai koks nors stiprus poveikis „išmuša iš vėžių“, mus pakeičia? Kokie poveikiai, įvykiai gali mus „jonizuoti“? Ar galime išsiugdyti atsparumą tokiai „jonizacijai“? Padiskutuokite apie tai.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"