Іонізаційна рівновага

Іонізаційна рівновага визначає ступінь іонізації одноатомного газу при високих температурах.

Іонізацію одноатомного газу можна розглядати як низку реакцій, зв'язаних з утратою одного електрона:

$A_0 = A_1 + e^-$

$A_1 = A_2 + e^-$

тощо.

Застосовуючи до цих процесів закон діючих мас, для визначення концентрацій n-кратно іонізованих атомів можна записати рівняння:

$\frac{c_{n-1}}{c_n} = P K^{(n)}_p(T)$.

Стала хімічної рівноваги $K^{(n)}_p(T)$ визначається формулою Саха

$K^{(n)}_p(T) = \frac{g_{n-1}}{g_n} \left( \frac{2\pi}{m} \right)^{3/2} \frac{\hbar^3}{(k_B T)^{5/2}} e^{I_n/k_BT}$,

де m — маса атома, $g_n$ — ступінь виродження відповідного іонізованого стану, $I_n$ — енергія n-ої іонізації атома, T — температура, $\hbar$ — стала Планка, $k_B$ — стала Больцмана.

Мала величина передекспоненційного множника, яка по порядку величини дорівнює відношенню об'єму атома до об'єму газу, що припадає на один атом, зумовлює високий ступінь іонізації уже при термпературах, набагато нижчих за $I_n/k_B$. Кількість іонізованих атомів значно більша, ніж кількість збуджених атомів, незважачи на те, що енергія іонізації не набагато більша за енергію збудження.

Формула Саха для визначення іонізаційної рівноваги використовується при моделюванні газу в зірках.

Джерела

• Ландау Л.Д., Лившиц Е.М. Теоретическая физика. т. V. Статистическая физика. Часть 1.. — Москва : Наука., 1976.