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[[Datei:ImpactIonization.PNG|mini|[[Stoßionisation]] durch ein Elektron]]
'''Ionisation''' heißt jeder Vorgang, bei dem aus einem [[Atom]] oder [[Molekül]] ein oder mehrere [[Elektron]]en ''entfernt'' werden, sodass das Atom oder Molekül als ''positiv'' geladenes [[Ion]] ([[Kation]]) zurückbleibt. Der umgekehrte Vorgang, bei dem ein Elektron von einem positiv geladenen Atom oder Molekül eingefangen wird, wird als [[Rekombination (Physik)|Rekombination]] bezeichnet.<ref name="Wolfgang Karl Ernst Finkelnburg">{{Literatur |Autor=Wolfgang Karl Ernst Finkelnburg |Titel=Einführung in die Atomphysik |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2013 |ISBN=978-3-662-28827-6 |Seiten=20 |Online={{Google Buch | BuchID=Hj2zBgAAQBAJ | Seite=20 }}}}</ref>

Eine weitere Form der Ionisation, die vor allem in der Chemie relevant ist, ist die ''Anlagerung'' von Elektronen an ein neutrales Atom oder Molekül, sodass ein ''negativ'' geladenes Ion ([[Anion]]) entsteht. Ebenfalls kann [[chemische Ionisation]] durch Anlagerung von Ionen (Protonen, Kationen, Anionen) erfolgen, z. B. in der [[Massenspektrometrie]].<ref name="Jürgen H. Gross">{{Literatur |Autor=Jürgen H. Gross |Titel=Massenspektrometrie - Ein Lehrbuch |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2012 |ISBN=978-3-8274-2981-0 |Seiten=384 |Online={{Google Buch | BuchID=6tzatD_wgUYC | Seite=384 }}}}</ref>

Wird der Kern eines Atoms aus der Elektronenhülle hinausgestoßen – z. B. durch ein schnelles [[Neutron]] – wird er dadurch ebenfalls zu einem Ion. Jedoch ist für diesen Vorgang die Bezeichnung Ionisation nicht üblich.

In der Literatur finden sich auch Formulierungen wie ''„Säuren, die bei Ionisierung schwach [[Nukleophilie|nucleophile]] Anionen liefern – wie z. B. HSO4− aus H2SO4 –, lassen sich in […].“''<ref name="PeterSykes">P. Sykes: [http://books.google.at/books?id=vhULAAAACAAJ ''Wie funktionieren organische Reaktionen?: Reaktionsmechanismen für Einsteiger.''] Wiley-VCH Verlag, 2001, S. 89.</ref> So kann in einem weiteren Sinn auch die Abspaltung eines Protons in einer Säure-Base-Reaktion unter dem Begriff Ionisation subsumiert werden.

== Mechanismen ==
Zur Ionisation können verschiedene Prozesse führen:
* [[Ionisierende Strahlung]] (dazu zählen hier z. B. auch beschleunigte Elektronen in einer [[Thyratron]]-Röhre) kann durch '''[[Stoßionisation]]''' Elektronen aus ihrer Bindung „herausschlagen“. Die freigesetzten Elektronen können bei genügender Energie ihrerseits weiter ionisieren. Bei genügend hoher Temperatur kann durch ein Elektron, Ion oder auch neutrales Atom infolge seiner ungeordneten Temperaturbewegung auch eine Stoßionisation ohne zusätzliche Beschleunigung von Teilchen erfolgen.<ref name="Wolfgang Karl Ernst Finkelnburg">{{Literatur |Autor=Wolfgang Karl Ernst Finkelnburg |Titel=Einführung in die Atomphysik |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2013 |ISBN=978-3-662-28827-6 |Seiten=20 |Online={{Google Buch | BuchID=Hj2zBgAAQBAJ | Seite=20 }}}}</ref>
* Bei der '''Feldionisation''' werden Elektronen durch ein genügend starkes [[elektrisches Feld]] aus ihrer Bindung gelöst.<ref name="Jürgen H. Gross" />
* Hoch [[Angeregtes Atom|angeregte Atome]] können durch '''Autoionisation''' selbstständig in einen ionisierten Zustand übergehen. Bei der Feldionisation handelt es sich im Wesentlichen um einen Prozess der Autoionisation, d. h., ein hochangeregtes Atom oder Molekül verliert spontan ein Elektron, ohne dass es zu einer weiteren Wechselwirkung mit der Energiequelle kommt.<ref name="Jürgen H. Gross" />
* [[Thermodynamische Ionisation]] findet in Gasen bei ausreichend hoher [[Temperatur]] statt. Gasteilchen werden ionisiert durch thermodynamische Stoßprozesse mit ausreichender [[kinetische Energie|kinetischer Energie]] (der beiden Stoßpartner), größer als die [[Ionisationsenergie]]. Die Ionisationsrate von atomarem [[Wasserstoff]] liegt in einer [[Sternatmosphäre]] für eine Teilchen-[[Anzahldichte]] vom 1020/m³ und für Temperaturen T≈10000K bei ca. 50 %<ref name="Ionization of Hydrogen" >http://www.astro.wisc.edu/~townsend/resource/teaching/astro-310-F09/hydrogen-ionization.pdf</ref>. Dieses Verhalten wird mit der [[Saha-Gleichung]] beschrieben. Bei Normaldruck (von ca. 1 bar) beginnt in Gasen bereits ab Temperaturen T>1000 °C die Bildung von ionisierten, [[Ladungsträger (Physik)|elektrischen Ladungsträgern]].
* [[Photoionisation]] wird verursacht durch Interaktion von [[Licht]] (durch [[Photonen]] mit ausreichender Energie) mit einem [[Atom]] oder [[Molekül]]. Das dafür erforderliche Licht hat eine Mindest-[[Frequenz]] (siehe [[Photoelektrischer Effekt]]) meist im Bereich der [[Ultraviolettstrahlung]] oder darüber. Dieser Prozess findet unter anderem in der Natur in der [[Erdatmosphäre]] in großen Höhen oberhalb der [[Troposphäre]] statt. Es wird z. B. [[Ozon]] gebildet.

== Symbolische Schreibweisen ==
Zur Beschreibung des Stoßionisationsprozesses werden häufig – analog der Schreibweise bei [[Kernreaktion]]en – Symbole wie (e,2e), (e,3e), (γ,2e) etc. benutzt. Hierbei steht das erste in der Klammer stehende Zeichen für das Projektil. Nach dem Komma stehen die produzierten freien Teilchen (zusätzlich zum ionisierten Atom und einschließlich des Projektils, sofern dieses nicht – wie im Falle des [[Photon]]s – absorbiert wird). „2e“ bedeutet zum Beispiel, dass zwei freie Elektronen das Atom verlassen. Bei (e,2e) wird also durch Zusammenstoß eines Elektrons mit einem Atom ein einfach ionisiertes Atom erzeugt, bei (γ,2e) wird durch Wechselwirkung eines Photons mit einem Atom ein doppelt ionisiertes Atom produziert.

== Ionisationsenergien ==
[[Datei:First Ionization Energy.svg|lang=de|mini|Ionisationsenergie in Abhängigkeit von der [[Ordnungszahl]]]]
Für alle Ionisationsprozesse gilt, dass zur Trennung des Elektrons vom Atom oder Molekül Energie aufgebracht werden muss ([[Ionisationsenergie]]). Im vorangegangenen Abschnitt wurden mögliche Quellen für diese Energie genannt. Ionisationsenergien liegen typischerweise in der Größenordnung mehrerer [[Elektronenvolt]] (Beispiel [[Argon]] im [[Grundzustand]]: 15,7 eV).<ref name="Jürgen H. Gross" /> Ionisationsenergien sind abhängig vom zu ionisierenden Material und dessen aktuellem Anregungszustand. So wird es zunehmend schwieriger, bereits ionisierte [[Atom]]e oder [[Molekül]]e weiter zu ionisieren. Die Ionisierungsenergie steigt mit jedem zu entfernenden Elektron aus der Elektronenschale exponentiell an.

== Plasma ==
[[Plasma (Physik)|Plasma]] ist Materie mit einem ausreichend hohen Anteil an freien Ionen und Elektronen, also hoher Ionisation. Dabei beschränkt sich diese qualitative Definition nicht auf [[Gas]]e mit geringer Dichte, sondern schließt auch komprimierte Materie mit den Eigenschaften einer Flüssigkeit mit ein. Bei Gasen unterscheidet man zwischen [[Niederdruckplasma|Nieder-]], [[Atmosphärendruckplasma|Atmosphären-]] und [[Hochdruckplasma|Hochdruckplasmen]]. Nahezu die gesamte sichtbare [[Materie (Physik)|Materie]] im [[Universum]] ist mehr oder weniger stark ionisiert.<ref name="Ulrich Stroth">{{Literatur |Autor=Ulrich Stroth |Titel=Plasmaphysik Phänomene, Grundlagen, Anwendungen |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2011 |ISBN=978-3-8348-8326-1 |Seiten=2 |Online={{Google Buch | BuchID=wkEpBAAAQBAJ | Seite=2 }}}}</ref>

== Anwendungsbeispiele ==
[[Datei:Ionenkonzentration Vergleich Innenraum Aussenraum.png|mini|Ionenkonzentrationen in der Außen- und [[Innenraumluft]]]]
[[Datei:Ozon 01.jpg|mini|Ozonbildung durch Ionisation]]
Mittels [[Ionisator#Anwendungen|Ionisatoren]] ionisierte, also elektrisch leitfähige Luft wird bei der Verarbeitung von Produkten verwendet, die sich elektrostatisch aufladen können, z. B. Folien- oder Papierrollen. Durch die Leitfähigkeit der Luft wird die Ladung abgebaut und so Gefahren des Funkenschlags und das Anziehen unerwünschter Staubpartikel beseitigt. Auch der Transport wird erleichtert.

Niveau des Ionengehaltes in natürlichen Umgebungen und in Innenräumen:

* In unmittelbarer Nähe zu Wasserfällen 20.000–70.000 Ionen/cm³
* Im Gebirge oder in Meeresnähe 4.000–10.000 Ionen/cm³
* Am Stadtrand, auf Wiesen und in Feldern 1.000–3.000 Ionen/cm³
* Innerstädtische Parkanlagen 400–600 Ionen/cm³
* In der Stadt und [[Agglomeration]] 200–500 Ionen/cm³
* In belüfteten oder klimatisierten Räumen 10–100 Ionen/cm³“<ref>Hochschule Luzern – [http://www.hslu.ch/download/t/Webcctp/t_review_ionisierte_luft_innenraum.pdf ionisierte Luft im Innenraum] (PDF-Datei), ausgegeben im Januar 2013, S. 19, abgerufen am 6. Juni 2013.</ref>

Diese Ionenkonzentrationen werden mit einem Ionometer gemessen. Hierbei kann die Polarität und die jeweilige Konzentration der Ionen bestimmt werden. Meist ist in der Natur das Verhältnis der natürlichen Polarität der Ionen ausgeglichen, mit einer leichten Tendenz zu mehr positiv geladenen Ionen. Die Ionenkonzentration hängt von der geologischen Beschaffenheit, der geographischen Lage und den Wetterbedingungen ab.

Ionisierte Luft wird zum Beispiel in der [[Lebensmittelindustrie]] bei der [[Pasteurisation]] von Bier und anderen Getränken eingesetzt. In der Getränkeabfüllung wird vor Füllbeginn die Flasche mit ionisierter Luft ausgeblasen, um Mikroorganismen abzutöten.

Ionisierende Strahlung wird bei industrieller [[Sterilisation#Strahlensterilisation|Sterilisation]] (z. B. von medizinischen Einwegartikeln, zum Töten von Insekten, Inaktivierung von Enzymen) benutzt.<ref name="Heinz M. Hiersig">{{Literatur |Autor=[[Heinz Max Hiersig|Heinz M. Hiersig]] |Titel=Lexikon Produktionstechnik Verfahrenstechnik |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2013 |ISBN=978-3-642-57851-9 |Seiten=85 |Online={{Google Buch | BuchID=8LLPBgAAQBAJ | Seite=85 }}}}</ref> In Krankenhäusern hat die [[Plasmasterilisation]] die [[Gassterilisation]] weitgehend abgelöst.<ref name="Rainer Klischies, Ursula Panther, Vera Singbeil-Grischkat">{{Literatur |Autor=Rainer Klischies, Ursula Panther, Vera Singbeil-Grischkat |Titel=Hygiene und medizinische Mikrobiologie. Lehrbuch für Pflegeberufe; mit 62 Tabellen |Verlag=Schattauer Verlag |Datum=2008 |ISBN=978-3-7945-2542-3 |Seiten=207 |Online={{Google Buch | BuchID=uv5hcsDsJtcC | Seite=207 }}}}</ref>

== Schadwirkungen ==
Durch die Ionenerzeugung bei direkter oder indirekter Ionisation entstehen in manchen Fällen [[Radikale (Chemie)|Radikale]], die zu chemischen Reaktionen und u. a. zur Bildung von [[Ozon]], Stickoxiden und anderen Schadstoffen führen. Ozon kann die menschlichen Atmungsorgane beeinträchtigen und fördert [[Korrosion]]. Die direkte Ionisation (hauptsächlich von Wassermolekülen) im menschlichen Körper durch Strahlung führt zur Bildung von H+ und OH−-Radikalen, die organische Moleküle angreifen.<ref name="Holger Luczak">{{Literatur |Autor=Holger Luczak |Titel=Arbeitswissenschaft |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2013 |ISBN=978-3-662-05831-2 |Seiten=328 |Online={{Google Buch | BuchID=hZ6nBgAAQBAJ | Seite=328 }}}}</ref><ref name="Thomas J. Vogl, Wolfgang Reith, Ernst J. Rummeny">{{Literatur |Autor=Thomas J. Vogl, Wolfgang Reith, Ernst J. Rummeny |Titel=Diagnostische und interventionelle Radiologie |Verlag=Springer-Verlag |Datum=2011 |ISBN=978-3-540-87668-7 |Seiten=12 |Online={{Google Buch | BuchID=I8wfBAAAQBAJ | Seite=12 }}}}</ref>

== Siehe auch ==
* [[Ionisationsgerät]], [[Ionisationsröhre]], [[Ionenstrahlung]], [[Ionisierende Strahlung]], [[Ionenquelle]], [[Ionisator]]
* [[Autoionisation]]

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Wiktionary|Ionisator}}
{{Wiktionary|Ionometer}}
{{Wiktionary|Ionisationsgerät}}
{{Wiktionary|Ionenkonzentration}}
* [http://www-amdis.iaea.org/GENIE/ Datenbank für Ionisationsenergien]
* [http://lp.uni-goettingen.de/get/text/4958 Ionisation]
* Lösungen für die Industrie: Ionisation und Absaugung, Artikel in Elektronikpraxis: [http://www.elektronikpraxis.vogel.de/barrierefreier-esd-schutz-in-neuen-dimensionen-a-579742/ "Barrierefreier ESD-Schutz in neuen Dimensionen"]

== Einzelnachweise ==
<references />

{{Normdaten|TYP=s|LCCN=sh85067822|NDL=00561405}}

[[Kategorie:Atomphysik]]
[[Kategorie:Massenspektrometrie]]

Ionisation - Versionsgeschichte

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