Страница 18 из 36
Ионная теория возбуждения
Ио'нная тео'рия возбужде'ния связывает возникновение возбуждения с движением ионов через поверхностную мембрану возбудимой клетки, что обусловливается изменением её ионной проницаемости. См. Мембранная теория возбуждения.
Ионная флотация
Ио'нная флота'ция, процесс извлечения находящихся в растворе ионов методом флотации, при котором в качестве реагентов-собирателей используются ионогенные поверхностно-активные вещества. И. ф. предложена в 50-х гг. 20 в. Ф. Себба (ЮАР). Для осуществления И. ф. в исходный раствор вводят пузырьки газа и собиратель. Последний образует в растворе поверхностно-активные ионы, заряд которых по знаку противоположен заряду извлекаемого иона. Соединение поверхностно-активных и извлекаемых ионов концентрируется на поверхности газовых пузырьков и выносится ими в пену. Затем пена отделяется от раствора и разрушается. Сконцентрированный в пенном продукте извлекаемый ион выделяется различными способами, зависящими от конкретных условий (природы иона и собирателя, целей И. ф. и т. д.).
И. ф. осуществляется во флотационных машинах (пневматических и др.), сконструированных с учётом особенностей данного процесса. И. ф. обладает высокой производительностью и наиболее эффективна при низких концентрациях извлекаемых ионов (меньших 10-3—10-2 г×ион/л). И. ф. может применяться в гидрометаллургии, очистке сточных вод, аналитической химии и др.
И. ф. извлекаться любые металлы, в первую очередь Mo, W, U, V, Pt, Ge, Re. В СССР сооружается промышленная установка для И. ф. молибдена с помощью первичных аминов. Пенный продукт предполагается обжигать с получением технической трехокиси молибдена. Возможна также обработка горячими растворами соды. В этом случае молибден переходит в водный раствор и может быть осажден в виде молибдата кальция, а амин (в форме основания) всплывает на поверхность водной фазы. После перевода в гидрохлорид его вновь можно использовать для И. ф.
Лит.: Себба Ф., Ионная флотация, пер. с англ. М., 1965; Кузькин С. Ф., Гольман А. М., Флотация ионов и молекул, М., 1971.
А. М. Гольман.
Ионная электропроводность
Ио'нная электропрово'дность, электропроводность, обусловленная упорядоченным передвижением в веществе ионов.
Ионная эмиссия
Ио'нная эми'ссия, испускание положительных и отрицательных ионов поверхностью твёрдого тела или жидкости (эмиттер) в вакуум или газообразную среду. Ион, чтобы покинуть поверхность, должен обладать достаточно большой энергией для преодоления сил, удерживающих его на поверхности. Эта энергия может быть получена ионом при нагревании (термоионная эмиссия), при бомбардировке эмиттера (называется в этом случае мишенью) пучком ионов (ионно-ионная эмиссия), электронами (электронно-ионная эмиссия) и фотонами (фотодесорбция). Во всех случаях И. э. может иметь место как эмиссия частиц самого эмиттера, так и примесных частиц, неизбежных в реальных материалах.
Термоионная эмиссия происходит в результате испарения в виде ионов частиц эмиттера или других частиц, находящихся в эмиттере в виде примесей или попадающих на его поверхность извне. В последнем случае, а иногда и вообще термоионная эмиссия называется поверхностной ионизацией. Количественной характеристикой термоионной эмиссии является степень ионизации a, равная отношению числа ионов ni к числу нейтральных частиц n того же химического состава, испаряющихся с поверхности эмиттера за определённый промежуток времени. При этом выполняется соотношение:
где Q0 и Qi — теплоты испарения частиц в нейтральном и ионном состояниях, k — Больцмана постоянная, T — абсолютная температура эмиттера, А — отношение статистических весов частиц в ионном и нейтральном состояниях. Величины Qi и Q связаны с работой выхода j эмиттера и энергией ионизации V частиц (для положительных ионов) или энергией сродства к электрону S (для отрицательных ионов) соотношениями:
Q — Qi = j — V; Q — Qi = S — j. (2)
Из (1) и (2) следует, что степень ионизации a тем выше, чем больше величина j при И. э. положительных ионов и чем меньше j при И. э. отрицательных ионов. При j < V и j > S величина a, а следовательно, и ионный ток растут с ростом Т (рис. 1). Плотность ионного тока j при термоионной эмиссии зависит не только от величины a, но и от скорости испарения частиц с поверхности.
Термоионная эмиссия используется для получения пучков ионов в ионных источниках для индикации слабых молекулярных пучков (например, в квантовых стандартах частоты), для ионного внедрения примесей в полупроводники и т. п. В физико-химических исследованиях термоионная эмиссия используется для определения энергии ионизации и сродства к электрону атомов, молекул и радикалов, теплот испарения и десорбции ионов и нейтральных частиц, энергии диссоциации молекул и т. д.
Если эмиттер находится в электрическом поле, ускоряющем испаряющиеся ионы, то теплота испарения ионов Qi уменьшается с ростом напряжённости поля Е у поверхности эмиттера (Шотки эффект для ионов); при T = Const это сопровождается, согласно (1), ростом величины a.
В сильных полях (E ~ 108 в/см) И. э. с большой вероятностью (a » 1 ) происходит при комнатной и более низких температурах. В этом случае И. э. называется полевой эмиссией (автоионной эмиссией, испарением полем). Поля ~108 в/см создаются, например, у поверхности тонких острий с радиусом закругления 100—1000 . В таких электрических полях могут испускаться не только однозарядные, но и двухзарядные ионы. Полевую И. э. можно рассматривать как испарение ионов через сниженный полем потенциальный барьер. Ионный ток растет с увеличением поля Е, причём в более слабых полях вылетают преимущественно ионы примесей.
Полевая И. э. используется для подготовки образца в ионном проекторе и в электронном проекторе. Для получения резкого изображения с помощью ионного проектора необходимо создать атомно-гладкую поверхность образца. Полевая И. э. сглаживает поверхность острия, так как у краев и резких выступов электрическое поле сильнее, что приводит к предпочтительному испарению ионов с этих мест.
Ионно-ионная (вторичная ионная) эмиссия происходит при облучении поверхности пучком ионов (первичных). При этом наблюдается эмиссия (выбивание) вторичных ионов и нейтральных частиц (см. также Катодное распыление). В пучке вылетающих ионов присутствуют отражённые от поверхности первичные ионы (иногда изменившие знак заряда), ионы материала мишени и примесей. Ионно-ионная эмиссия характеризуется коэффициент эмиссии К, равным отношению потока вторичных ионов nвт данного типа к потоку nп первичных ионов, бомбардирующих поверхность. Обычно К составляет доли % для однозарядных ионов. Величина К зависит от материала мишени, её температуры, типа первичных ионов, их кинетической энергии, угла падения на поверхность, состава и давления газа, окружающего мишень, и др. (рис. 2). Пространственное распределение вторичных ионов определяется энергией и углом падения первичных ионов. Средняя энергия вторичных ионов обычно не превышает 10 эв. Однако при наклонном падении быстрых ионов на мишень она может быть значительно выше. Ионно-ионная эмиссия применяется для изучения адсорбции, катализа, при исследовании свойств поверхности (см. Ионный микроскоп) и др.