[科普中国]-电离势能

如果给予原子以足够大的能量，则可以使外层电子脱离原来的原子而逸出。这种使原子失去一个或几个电子的现象称为电离，失去一个电子的为一次电离，失去两个电子的为二次电离，依此类推。使外层电子离开原子所需的最小能量称为电离势能。如果外界赋予的能量大子其电离势能，则其逸出原子的电子将获得附加动能。1

简介拆除原子外层所需的最小能量称为电离势能。一般来说，拆除最外层电子所需要的总能量称为一级电离势能；拆除次外层电子所需要的总能量称为二级电离势能，依此类推。最容易逃逸的电子是所在最外层轨道上具有最高能级的电子，在逃逸时需要获得的能量最小，因此越高级的电离势能越大，一级电离势能最小。在一般条件下，逃逸的电子总是最外层的电子。2

原理原子结构理论认为原子是由原子核及围绕核运动的若干个电子组成的。电子受到核的库仑力吸引并在不同能级的稳定状态的轨道上绕核运动。具有最小能量的电子轨道称为基态，两相邻能级轨道之间电子能量之差为一个光子所具有的能量，所以电子运动的轨道是离散的。当电子从高能级轨道跃迁到相邻的低能级轨道时，电子释放出一个光子；反之当电子从低能级轨道跃迁到高能级轨道时，电子必须获得光子能量整数倍数的能量。组成气体分子之间以及分子与光子之间频繁的碰撞，分子之间相互交换着能量。经过多次碰撞有些原子中处于外层高能级轨道上的电子获得足够多的能量之后逃逸所在的电子轨道，这一电子不再相对任何一个原子或分子作轨道运动，而是受当地的电场和磁场或其它形式的引力场支配下进行运动。逃逸电子的原子或分子称为离子，电子总是带一个负电荷的，离子可能带有一个或多个正电荷。在分子动力论中，不考虑可能捕获电子而带负电荷的离子。当电子逃逸原子或分子时，就说原子或分子被电离了。而原子电离需要的能量就是我们通常所说的电离势能。2

实际应用1.低压水银蒸汽放电灯

在过去的几十年中，低压水银蒸汽放电灯几乎占据了低压放电灯的照明市场，它的光视效能达到了120 lm/W，仅小于低压钠放电灯。通过灯管的电流使水银蒸发，同时电子同水银原子碰撞导致紫外光的产生。这种水银蒸汽电灯是由美国发明家彼得·库珀（Peter Cooper）在不采用磷光体的情况下首先发明的，到目前为止仍然是光视效能最高的方法。

像水银和氩气这样的混合物被称为潘宁( Penning)混合物，因为它接近一种成分的亚稳态能级（氩的亚稳态能级在11.53~11.72 eV）和其他成分的电离能（水银的电离能是10.44 eV）。对于潘宁混合物来说，由于能量转变过程的发生，分解在一个更低的电场情况下就会发生。能量储存在一种成分的亚稳态能级，然后转换给另一种成分的原子，从而导致电离。3

2.氩弧焊

氩弧焊是氩气保护焊的简称。氩气是惰性气体，在高温下不和金属起化学反应，也不溶于金属，可以保护电弧区的熔池、焊缝和电极不受空气的有害作用，是一种较理想的保护气体。氩气电离势能高，引弧较困难，但一旦引燃就很稳定。氩气纯度要求达到99.9%，我国生产的氩气纯度能够达到这个要求。氩弧焊分钨极(不熔化极)氩弧焊和熔化极(金属极)氩弧焊两种。4

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学