Kjemi-ionisering

Flertallet av kjemiionisering skjer i bunnen av flammen.

Kjemi-ionisering er dannelsen av et ion gjennom reaksjonen av et gassfaseatom eller molekyl med et atom eller molekyl i en eksitert tilstand mens det også skaper nye bindinger. Denne prosessen er nyttig i massespektrometri fordi den skaper unike bånd som kan brukes til å identifisere molekyler. Denne prosessen er ekstremt vanlig i naturen, da den regnes som den primære første reaksjonen i flammer

Historie

Begrepet kjemi-ionisering ble laget av Hartwell F. Calcote i 1948 i det tredje symposiet om forbrenning og flamme og eksplosjonsfenomen. Symposiet utførte mye av den tidlige forskningen av dette fenomenet på 1950-tallet. Flertallet av forskningen om dette emnet ble utført på 1960- og 70-tallet. Det er for tiden sett i mange forskjellige ioniseringsteknikker som brukes til massespektrometri.

Reaksjoner

Kjemi-ionisering kan representeres av

$\mathrm{G}{\phantom{A}}^{\ast }+\mathrm{M}⟶\mathrm{M}{\phantom{A}}^{+\bullet }+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{G}$

hvor G er den eksiterte tilstandsarten (indikert med den superskriptede stjernen), og M er arten som ioniseres ved tap av et elektron for å danne den radikale kationet (indikert med den superskriptede "pluss-prikken").

Det vanligste eksemplet på A-type kjemiionisering forekommer i hydrokarbonflamme. Reaksjonen kan fremstilles som

$\mathrm{O}+\mathrm{C}\mathrm{H}⟶\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}$

Denne reaksjonen er tilstede i en hvilken som helst hydrokarbonflamme og kan forklare avvik i mengden forventede ioner fra termodynamisk likevekt. Dette kan da føre til kjemiionisering av B-typen som kan fremstilles som

$\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}⟶(\genfrac{}{}{0ex}{}{H3O+}{C3H3})+\mathrm{M}⟶\mathrm{M}{\phantom{A}}^{+}+\mathrm{p}\mathrm{r}\mathrm{o}\mathrm{d}\mathrm{u}\mathrm{k}\mathrm{t}\mathrm{e}\mathrm{r}$

I tillegg til

$\mathrm{C}\mathrm{H}+\mathrm{O}+\mathrm{M}⟶\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{O}+\mathrm{M}{\phantom{A}}^{\ast }⟶\mathrm{M}+ℎ𝑣$

Der M* representerer et eksitert tilstandsmetall. Denne reaksjonen illustrerer lyset som genereres av kjemi-ioniseringsreaksjonen, og resulterer i lyset vi kjenner fra flammer.

Astrofysiske implikasjoner

Kjemi-ionisering er antatt å forekomme i de hydrogenrike atmosfærene rundt stjernene. Denne typen reaksjoner vil føre til mange flere spente hydrogenatomer enn noen modeller står for. Dette påvirker vår evne til å bestemme de riktige optiske kvalitetene til solatmosfærer med modellering.