Penning ionisering

Penning ionisering er en form for kjemi-ionisering, en ioniseringsprosess som involverer reaksjoner mellom nøytrale atomer eller molekyler. Penning-effekten brukes praktisk i applikasjoner som gassutladningsneonlamper og lysrør, der lampen er fylt med en Penning-blanding for å forbedre lampenes elektriske egenskaper.

Historie

Prosessen er oppkalt etter den nederlandske fysikeren Frans Michel Penning som først rapporterte det i 1927. Penning begynte å jobbe ved Philips Natuurkundig Laboratorium i Eindhoven for å fortsette forskningen av elektrisk utladning på sjeldne gasser. Senere startet han målinger på frigjøring av elektroner fra metalloverflater av positive ioner og metastabile atomer, og spesielt på effektene relatert til ionisering av metastabile atomer.

Reaksjon

Penning ionisering refererer til samspillet mellom et elektronisk eksitert gassfaseatom G * og et målmolekyl M. Kollisjonen resulterer i ionisering av molekylet som gir et kation M⁺., Et elektron e⁻ og et nøytralt gassmolekyl, G, i grunntilstand. Penningionisering skjer via dannelse av et kollisjonskompleks med høy energi, og utvikler seg mot dannelsen av en kationisk specie ved å kaste ut et elektron med høy energi.

${\ce {{G^{\ast }}+M->{M^{+\bullet }}+{e^{-}}+G}}$

Penningionisering skjer når målmolekylet har et ioniseringspotensial som er lavere enn den eksiterte energien til det eksiterte tilstandsatomet eller molekylet.

Varianter

Når den totale elektroneksiteringsenergien til kolliderende partikler er tilstrekkelig, kan også bindingsenergien til to partikler som er bundet sammen, bidra til den assosiative penningioniseringshandlingen.

Assosiativ Penning ionisering kan også forekomme:

${\ce {{G^{\ast }}+M->{MG^{+\bullet }}+e^{-}}}$

Overflate Penning ionisering (Auger Deexcitation) refererer til samspillet mellom den eksiterte gassen og en overflate S, noe som resulterer i frigjøring av et elektron:

${\ce {{G^{\ast }}+S->{G}+{S}+e^{-}}}$

Symbolet for positiv ladning ${\ce {S+}}$ som synes å være påkrevd for ladningskonservering er utelatt, fordi S er en makroskopisk overflate og tapet av ett elektron har en ubetydelig effekt.