кластерные ионы

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.).

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 темп-ры, давления и др. условий, в к-рых находится система. Напр., в парах воды при темп-ре порядка комнатной наблюдаются положит. К. и. Н₃O^+.(Н₂О)_n, n=03, и отрицат. К. и. ионы ОН^{- .}(Н₂O)_n, n=14. 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 темп-ре. 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 темп-ре, 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.

Лит : Смирнов Б. М., Комплексные ионы, М., 1983.

Б. М. Смирнов.

   <<      Предметный указатель      >>