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固体怎么变成离子态?

固体怎么变成离子态?

由网友 物理新视野 提供的答案:

离子态,或等离子态,涉及凝聚态物理,另有专设的等离子态物理学,研究还在初级阶段。

这个领域,还没有谁谁是权威。以下是笔者的深度思考,但仅供参考。欢迎建设性异议。

等离子态的意思

等离子态是宇宙空间普遍存在的特殊气态,表现为宇宙射线、原子核衰变释放的α射线(即氦核He?粒子流)、β粒子(电子注)。最为常见的等离子态粒子是自由电子(e?)与自由质子(p?)。

▲剧烈的电流热效应,释放等离子态电弧。

等离子体可分为高温等离子体与低温等离子体。高温等离子,主要来自热核反应、高温热环境,例如燃烧火焰、电焊电弧、雷鸣电闪。

▲太阳表面巨大冕环,惊人能量和复杂烈焰


低温等离子体,来自超低温或超真空环境。这尤其表现在地球大气层的电离层、地球辐射带的1万左右的内带、4万米左右的外带。

在离地球150万千米2.725K超低温的普朗克卫星轨道附近,也不排除存在低温等离子态。

为什么固体会释放高温等离子体?

这个大家应该是比较熟悉的。有三个理由。

其一,根据光电效应:△(?m?v2)=△(hf),当高频电磁波、高温加热、电流热效应,如紫外线照射固体原子,核外电子会急剧加速运动,脱离原子核的束缚而逃逸,变成自由电子,即离子态粒子。

其二,对于放射元素,原子核释放β粒子射线,或自由电子注(electronic beam)。也是固体释放的离子态。由于β射线接近光速,当然也属于高温等离子态。

其三,对于热核反应,例如,氘+氚→氦+自由中子(n),不久又裂解:自由中子→自由质子(p)+自由电子(e)。即典型的高温等离子体。

▲据说太阳风每年带走地球大气6万吨气体

为什么固体会释放低温等离子体?

这个或许是鲜为人知的,原理有点复杂。我们先从地球大气层的饱和蒸气压说起。

以水的三态变化为例。冰分子成固态,在冬季大气压强偏高,根据道尔顿分压定律,饱和蒸气分压偏低,水分子不易汽化或升华。

春天的气温上升,饱和蒸气压偏高,大气压强偏低,冰分子活跃,有的变成液态水分子,有的直接升华为气态水分子。

尤其在真空低温环境下,固态或液态水分子会急剧挥发或蒸发。本质上是熵增加原理,加大了各水分子核外电子之间的活动空间。

随着地球大气层的不断升高,大气的分压强越来越低,真空度越来越大,熵空间越来越大。到了电离层,自由电子与质子的空间占比越来越大。到了地球辐射带,除了场量子或原子光谱,都是电子与质子的天下。

事实上:实体内部电子的活动尺度,随着外界环境的真空场能密梯度的递减而增大。

在超真空条件下,固液气三态的亚原子,会逐渐脱离而变成低温等离子体。到了地球辐射带,自由亚原子变得越来越多。

随着真空场的能密梯度逐渐降低,所有原子与分子内部的亚原子——包括约束电子与约束核子——即离子态气体在空间的占比,会越来越大。而且,在超低温超真空环境中,它们自己也会逐渐消失,膨胀成真空场量子态。

一个不争的事实是,在离地150万千米的普朗克卫星轨道附近,即所谓的宇宙微波背景辐射带,那里的温度超低到2.725开,似乎所有的等离子体皆消弭为7.35厘米的微波电磁波。

▲微波背景辐射,只是离地球150万千米那里的超真空所含低频电磁波,怎么能断定就是宇宙大爆炸的背景余烬呢?有朝一日可能测得离地1500万千米的超深太空,不是厘米波,而是中长波段的无线电波,那又该如何解释呢?

更深远的深太空,也许还要低于2.725开。虽然我们暂且不能得到实测数据,但理论上可以预见,可能达到朱棣文激光制冷的——1纳开(10??K)之极限低温。由此可推:

根据熵增加原理,在超低温超真空之临界条件下,作为实体存在的离子费米子态,会变成场量子态的空间玻色子态,实现“有形物质或明物质”到“无形物质或暗物质”的质变飞跃。

结语

分子或原子的固态,可以因为高温或高频辐射,变成高温等离子态,也可以因为超真空之熵增加原理变成低温等离子态。

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由网友 在下诌没学问 提供的答案:

以为题主要问等离子的形成的,仔细一看是固体怎么变成离子,这个方法其实很多,像非常常见的氯化钠固体,就是盐,怎么成离子呢,溶解就好了,溶解之后就只有氯离子和钠离子了,他们之间以离子键的形式相结合,后离子键断裂,就不是晶体了,从固体到离子,还有一种办法,就是熔融状态下,将氯化钠加热至熔融状态,这样也是离子形式。

顺便提一下非常热门的等离子体,直接上百度,很好理解,应用也广泛:

等离子体是物质的第四态,即电离了的“气体”,它呈现出高度激发的不稳定态,其中包括离子(具有不同符号和电荷)、电子、原子和分子。其实,人们对等离子体现象并不生疏。在自然界里,炽热烁烁的火焰、光辉夺目的闪电、以及绚烂壮丽的极光等都是等离子体作用的结果。对于整个宇宙来讲,几乎99.9%以上的物质都是以等离子体态存在的,如恒星和行星际空间等都是由等离子体组成的。用人工方法,如核聚变、核裂变、辉光放电及各种放电都可产生等离子体。分子或原子的内部结构主要由电子和原子核组成。在通常情况下,即上述物质前三种形态,电子与核之间的关系比较固定,即电子以不同的能级存在于核场的周围,其势能或动能不大。

普通气体温度升高时,气体粒子的热运动加剧,使粒子之间发生强烈碰撞,大量原子或分子中的电子被撞掉,当温度高达百万开到1亿开,所有气体原子全部电离。电离出的自由电子总的负电量与正离子总的正电量相等。这种高度电离的、宏观上呈中性的气体叫等离子体。

等离子体和普通气体性质不同,普通气体由分子构成,分子之间相互作用力是短程力,仅当分子碰撞时,分子之间的相互作用力才有明显效果,理论上用分子运动论描述。在等离子体中,带电粒子之间的库仑力是长程力,库仑力的作用效果远远超过带电粒子可能发生的局部短程碰撞效果,等离子体中的带电粒子运动时,能引起正电荷或负电荷局部集中,产生电场;电荷定向运动引起电流,产生磁场。电场和磁场要影响其他带电粒子的运动,并伴随着极强的热辐射和热传导;等离子体能被磁场约束作回旋运动等。等离子体的这些特性使它区别于普通气体被称为物质的第四态。

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