Хемоионизация

Хемоионизация^[3] (хемиионизация^[2]; англ. Chemi-ionization^[4]) — образование иона в результате реакции атома или молекулы газовой фазы с атомом или молекулой в возбуждённом состоянии, при этом также могут образовываться новые химические связи^[3]. Этот процесс чрезвычайно распространён в природе, поскольку считается основной исходной реакцией в пламени^[5].

Ионизация наиболее интенсивно происходит у основания пламени^[1]

Эта статья о химической реакции, приводящей к образованию иона; о способе ионизации анализируемой среды^[2] в масс-спектрометрии см. Химическая ионизация.

Терминология

В литературе 1970-х годов хемоионизация определялась как ионизация посредством формирования новых химических связей. К хемоионизации не относили реакции, в результате которых не образуются новые химические связи, в частности, ударную ионизацию к хемоионизации не относили^[6]. В современной литературе хемоионизация, ионизация Пеннинга^[англ.]* и ударная автоионизация часто рассматриваются синонимично в отношении реакций, в ходе которых при столкновении возбуждённого атома или молекулы с другим атомом или молекулой образуется промежуточный возбуждённый комплекс, который затем ионизируется с образованием продуктов, свойственных данным типам реакций^[7][8]. В одной из научных статей такой механизм хемоионизации описан как образование квазимолекулы с последующей её автоионизацией^[9].

История

Впервые хемоионизация была обнаружена в 1927 году в ходе облучения кадмия светом определённых длин волн, которые превышали длину волны, при которой может происходить ионизация кадмия^[10]. Термин «хемиионизация» возник в конце в конце 1940-х годов в исследованиях горения, пламени и взрыва^[11][2]. Большинство исследований по этой теме было проведено в 1960-х и 70-х годах^{[источник не указан 545 дней]}. В настоящее время хемоионизация стала одним из методов ионизации, используемых в масс-спектрометрии^[12][13].

Реакции

Наиболее распространенную реакцию хемоионизации можно представить как^[14]:

${\displaystyle {\ce {O + CH -> HCO+ + e^-}}}$

Эта реакция присутствует в любом углеводородном пламени и может объяснить отклонение количества ионов от термодинамического равновесия^[15].

Затем могут происходить реакции хемоионизации B-типа:

${\displaystyle {\ce {HCO+{}+e^{-}->{\binom {H3O+}{C3H3}}+M->M+{}+products}}}$,

а также:

${\displaystyle {\ce {CH{}+O{}+M->CHO{}+M^{\ast }->M{}+{\mathit {hv}}}}}$,

где M* — металл в возбужденном состоянии. В ходе реакций хемоионизации выделяются кванты света, отчасти поэтому пламя светится^[16].

Хемоионизация в пламени

Горение углеводородов сопровождается ионизацией пламени посредством хемоионизации, в результате чего в пламени возникает высокая концентрация заряжённых частиц. Данный факт позволяет воздействовать на пламя посредством внешнего электрического поля^[17].