1626435917-d26f9677b92985e7688f24b5e74711ce (844351), страница 97
Текст из файла (страница 97)
Но вероятность захвата ионом Х" электрона с образованием иона Х настолько велика, что в большинстве экспериментов вряд ли могут наблюдаться двухзарялные ноны Фергюсон н Моисейвич [45) провели детальньгс расчеты подвижности нона Неги в гелии. В статьях [38, 39], откуда заимствовано в сокращенном виде изложенное выше, дан также обзор имеющихся экспериментальных данных н проведено подробное сравнение теоретических и экспериментальных результатов. Читатель, интересующийся лальнейшими подробностями теории, может обратиться к этим статьям.
508 глхвх р ПОлврлжность иОБОВ В гхзлх й 4. Подвижность в переменном электрическом поле и подвижность в магнитном поле П тиц оказалось примеонятие подвижности заряженных час~ни о иимым и в случае переменного электрического поля [46, 47), 'л степени, чем ионй, особенно для электронов, которые в большей ст способны следовать за быстрыми изменениями поля. Чтобы оп- ределить величину подвижности, рассмо р м трим электроны, двиоднородно, под дей- жущиеся через газ, давление в котором одн е ося с круговой часто- ствием электрического поля, колеблющегося с к той ле. Если амплитуда напряженности поля равна Е, написать Е=-Е '"". Д на е, то мож!ю лами газа а — ее .
Далее„считая, что ствлклловеллия с мол дают непрерывную тормозящую силу вязкости, можно выразить дрейфовую скорость в виде (4.1.6) е)ег Ое= —. Е, сел+ с„ у са. ри вы где те,— частота столкновений с передачей импуль . П воде формулы (4.1.6) в гл. 4, э 1„делается допущение, что тор- мозящая сила имеет вид — сое, где с — константа. Коэффициент пропорциональности между дрейфовой ско- ростью и напряженностью электрического поля и есть подвиж- ность в перелленллом поле е~'т ере пер = у.„, ,+ (9.4.1) В пределе нулевой частоты, или когда давлени велико, что т >гы, ение газа столь О Уггг Ы, е с еср ПЕРЕХОДИТ В ИЗВЕСТНУЮ ИВМ ПОДВИЖ- ность в постллддиом.поле е М ггсст = Ез (9.4.2) Эту формулу можно сравнить с выражением (9.2.1) для под- вижности, выведенным нз элементарной кинетической теории.
показано, что эффективное сечение передачи импульса электронами в большинстве газов (к ом гелия ( )) является быстро изменяющейся функцией скорости электронов. Поэтому формула (9.4.1) количественно применима только в немногих случаях. Обычно приходится учитывать фуггго цию распределения электронов п зависимость эффект! чения от скорости.
ть эффективного се. Наличие маги нтного поля значительно усложпяет анализ движения заряженных частиц в газе как в случае постоянного, так и в случае переменного поля. Этот вопрос рассматривается ам показано, что магнитное поле придает ионизо- ванному газу анизотропию, так что подвижность в действлггел- ности оказывается теизорной величиной, а ие скалярной, как считалось до сих пор. При снижении магнитного поля до нуля недиагоиальные компоненты тензора обращаются в нуль н под- вижность становится скалярной величиной. причем расстояние г в формуле (1.8.4) похожено равным Р,ь т.
е. сумме радиуса !лона и радиуса молекулы. Очевидно, что Рге представляет собой расстояние наибольшего сближения между молекулой и притягивающим молекулу центральным ионом комплекса. Фогрхлулу (9.5.1) можно переписать в виде (гс -- !)е' — — > 1. ! 2гслг Р~ле (9.5.2) Способность иона, дрейфующего через газ в слабом поле, образовывать комплексы зависит от ряда факторов. Само собой разумеется, к этим факторам относятся свойства как иона, так н молекульл, но решающую роль может играть также температура газа.
Если вместо Рле подставить диаметр молекулы Оь то отношение (9.5.2) при нормальных температуре и давлении окажется равным 3,1. Если же положить Р„равным двум таким диаметралл, указанное отношение будет равно 0,19. Как известно, й 5, Иоино-молекулярные комплексы О налнпаннн молекул на ионы говорилось в гл. 9„ ~ 2. Тагм отмечалось, что благодаря силе, пропорциональной г е, с которой ион действует на молекулы, оп может притянуть к себе и захватить в связанное состояние одну или несколько молекул. Ланжевен (491, по-видимому, первым указал количественный критерий стабильности образулощихся таким образом ионномолекулярных комплексов, Ход его мысли бья таков.
Комплекс испытывает ллногократно повторяющиеся столкновения с молекулами газа, Если Е!р мало, то кинетическая энергия, которая может при столкновении перейти во внутреннюю потенциальную энергию комплекса, равна по порядку величины тепловой энергии. Если тепловая энергия больше энергии связи комплекса, то можно ожидать, что он развалится вскоре после своего образования. Воспользовавшись формулой (1.8.4) для потенциальной энергии иона и молекулы, взаимодействующих посредством поляризацнонных сил, мы можем записать критерий устойчивости ионио-молекулярного комплекса в виде (9.5.1) ге ГЛАВА а максимальное число шаров, которое можно уложить в один слой вокруг центрального шара того же диаметра, равно !2. Поэтому следовало бы ожидать, что комплекс нз 12 молекул Оа вокруг ИОНа Оэе доджвп бнтЬ уетОйЧНВЫМ.
В ГаЗаХ С бОЛЬШОй ДНЭЛШС- трической пронш1аемостью должны были бы наблюдаться комп- лексы с числом молекул до 30. Но в действительности комплек- сы такого размера не наблюдаются, н это нисколько не удивиересчур упрощен- тельно, ибо наши рассуждения выше носили че есч пый характер. Например, в ннх совершенно не учнты сте еохимн р о. ~мнческне запреты!. Ясно также, что на малых расстоя- ниях вряд лн может точно соблюдаться закон сил прнтяж н евидно, должны быть учтены дополнительные члены притяжения н отталкивания.
Блум н Маргенау 150) рассмотрели проблему устойчивости комплексов с познцнй классической статистики. В вой модели онн рассл1отрели потенциал снл притяжения вида дн "са О . П Г-' и непроницаемую отталкивающую центральну ф ко еу ьн рн этой модели образование нонно-молекулярнь мплексов возможно во всех рассмотренных случаях. Если же исключить бесконечный скачок потенциала прн радиусе Вса, за- меннв непроницаемую сферическую стенку на потенциал оттал- кнвання вп а Г ", д —, то возможности слипання сокращаются прн- мерно в 100 раз. Теория, основанная на второй модели, дает результаты, в общем согласующиеся с экспернмеитальнымп дан- ными Мансона н Хозелнца !5!) по нзмеренню подвижности попов щелочных металлов в Инертных газах.
Единственным ионом, об- нон 1!' '). К разовывавшнм комплексы в опытах этих нсследовател ", б ей, ыл чит, н и ). Как н следовало ожидать, чем больше размер, олярнзуемость атомов инертных газов, тем выше температура, начиная с которой ноп способен образовывать комплексы. В ксеноне н крнптоне комплексы вокруг ионов 1.!' (с прнлнпа1шем к иону до двух атомов) образуются уже прн комнатной температуре, а для аргона требуется снижение тем- пературы ниже комнатной. К сожалению, Мансон н Хоз сооб ают, п сон н озелнц не щ от, прн каких давлениях онн проводили опыты. Сравни- вая свои теоретические предсказання с экспернментальнымп данными, Блум н Маргенау допускают, что в опытах Мансона и Хозелнца давление было !9 лслс рт. Ст.
Это тнпнчное . ед . ения для данного типа опытов по измерению жтнпнчное значе- ности. ренню подвнжБлум и Маргенау нсследовалн также способность и других газов к образованню молекулярных комплексов вокруг ионов ') В соответствии с с (9.5.2) малый радиус иона Ы' должен благоприкт- ствавать устайчнаости ивино мелек)лириык комплексов. подвижность иОнОВ В ГАзАх )эр, Прп комнатной температуре н атмосферном давлении оказывается, что водород вообще не способен к слнпанню; кислород способен к образованию комплексов из 2 молекул, углекислый газ — комплексов с числом молекул до 28. Применимость классических методов к проблеме образовання нонно-молекулярных комплексов зависит от числа колебательных уровней в потенциальной яме, описывающей взапмодействие иона с молекулой.
Как сообщают Блум н Маргенау, расчеты для упрощенного вида потенциалов показывают, что в большинстве случаев число этих уровней порядка 50 н квантовые эффекты обычно не существенны, Несмотря на отсутствие точных данных о всех членах потенциала взаимодействия ионов с молекуламп, рассматриваемых памн, расчеты выявнлн одно важное обстоятельство.
В некоторых газах при нормальной температуре можно на основе правдоподобных допущений предсказать существование устойчивых нонно-молекулярных комплексов, а в других газах образование комплексов невозможно даже прн низких температурах. Иным может оказаться характер поведения нонно-молекулярных комплексов прн (К вЂ” 1) е' = 1. 12пр() е (9.5.3) В этом случае размер нона в процессе прохождения через Газ, по-вндимому, будет часто меняться за счет попеременного прнлнпапня и отрыва молекул. Подвижность этих так называемых лабнльпых комплексов !6) должна иметь величину, промежуточную между подвижностью свободного иона и подвижностью комплекса с фнкснроваш1ым числом молекул. Эффективное значение подвижности должно прн этом определяться соотношением времен пребыванни иона в каждом нз двух состояний.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
