Ionisation

Als Ionisation bezeichnet man alle Vorgänge, bei denen aus neutralen Atomen Elektronen herausgelöst und dauerhaft aus der Atomhülle entfernt werden. Dadurch entstehen die positiv geladenen Restatome, die man Ionen nennt, und die freien Elektronen. Das Gegenteil der Ionisation ist die Rekombination, bei der sich Ionen und Elektronen wieder zu neutralen Atomen zusammenfinden.

Da die Elektronen der Atomhülle vom positiv geladenen Atomkern elektrostatisch angezogen werden, bedarf es zur Ionisation eines Atoms einer äußeren Energiezufuhr. Diejenige Energie, die mindestens zum Entfernen eines Elektrons aus der Atomhülle notwendig ist, bezeichnet man als Ionisationsenergie. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, einem Atom die Ionisationsenergie zuzuführen. Dementsprechend unterscheidet man zwischen mehreren Arten der Ionisation.

Stoßionisation

Als Stoßionisation bezeichnet man alle Vorgänge, bei denen die Ionisationsenergie durch die kinetische Energie eines mit dem Atom zusammenprallenden anderen Teilchens zur Verfügung gestellt wird. Das stoßende Teilchen kann zum Beispiel ein Elektron, ein Atom, aber auch ein Ion sein. Nach dem Satz von der Energieerhaltung muss die kinetische Energie dieses Teilchens mindestens so groß wie die Ionisationsenergie sein.

In Gasentladungsröhren werden geladene Teilchen durch ein elektrisches Feld beschleunigt und erhalten dadurch eine ausreichend hohe Bewegungsenergie.

Erhitzt man die Teilchen eines Gases, dann erhöht sich auch ihre Wärmebewegung. Bei sehr hohen Temperaturen reicht auch die Wärmebewegung der Gasteilchen, um bei Stößen Ionisationsprozesse auszulösen. Man spricht dann von Temperaturionisation. Sie erfolgt vor allem auf der Oberfläche und im Innern der Sonne, wo die Sonnenmaterie auf Temperaturen von bis zu 1 000 000 °C erhitzt ist. Ein Gas, das vorwiegend aus einem Gemisch von Ionen und Elektronen besteht, nennt man Plasma.
Schließlich werden Stoßvorgänge auch durch Bestrahlung mit radioaktiver Strahlung ausgelöst.

Fotoionisation

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung von Ionen besteht in der Bestrahlung von Atomen mit kurzwelliger energiereicher elektromagnetischer Strahlung. Auch sie vermag Elektronen aus der Atomhülle zu entfernen. Der entsprechende Prozess trägt den Namen Fotoionisation.

Die ionisierende Wirkung von UV-Strahlung konnte man früher an Höhensonnen oder anderen UV-Strahlern sogar selbst wahrnehmen. Die von diesen Geräten ausgehende Strahlung ionisierte den atmosphärischen Sauerstoff und führte zur Bildung von mit dem Geruchssinn feststellbarem Ozon. Verschärfte Sicherheitsbestimmungen sorgen inzwischen dafür, dass UV-Strahler so abgeschirmt sind, dass sie keine größeren Mengen des gesundheitsschädigenden Ozons mehr erzeugen.