請問電漿所產生的三種反應

基本上, 所有元素的原子都可以形成電漿, 但為方便計, 以下以氫 (H) 作例子.

電漿可說是物質的第四態, 高溫下的氣體份子激烈撞擊, 電離而產生自由離子及電子, 並且會發光.


解離反應, 是指份子(在高溫或受各種粒子撞擊下, 又或接收到電磁波時) 分解, 形成較簡單細小的原子或原子團.

以氫為例, 室溫下氫氣是以H2 的形式存在, 但在高溫或有高速電子碰撞時, 氫份子會解離, 形成單獨的氫原子 (H).


激發反應, 是指份子, 原子或離子的電子從外界接受能量 (可以是粒子碰撞所接收的動能, 也可以是帶特定波長的光子/電磁波), 從基態跳躍至較高能階.

以氫原子為例, 氫原子正常情況下(基態) 只有一顆電子, 在最低層最低能的電子殼 (n=1);
接收到能量後, 電子會跳躍至較高的能階, 例如 n=2 (也就是鋰原子的"最外層"電子殼), n=3 (鈉原子"最外層"電子殼), n=4,5,6,.... 之類.
受到激發的氫原子比諸處於基態時帶更多能量; 稱作"受激態".


電漿發光有很多種機理, 其中最重要的一種是電子從高能階遷躍至低能階, 放出多餘的能量.
從低能階遷往高能階需要吸收特定大小的能量, 而從高能階遷回低能階時, 則會放出同等大小的能量, 以光子(電磁波) 的形式釋出.

以氫原子為例. 氫原子的電子從n=1 遷往n=3 時, 需要吸收1.938x10^(-18) J 的能量, 相對應的電磁波波長大約是102.55nm, 紫外光的範圍;
同樣地, 當電子從n=3 跌回n=1 時, 會放出同樣是1.938x10^(-18) J 的能量, 相對應的電磁波波長也是102.55nm .

複雜的是, 高能階遷回低能階時, 不一定要遷回最低的能階. 例如可以從n=6 遷往n=5,4,3,2,1 ; 或者從n=5 遷往n=4,3,2,1 ; 或者....
以氫為例, 從任何較高能階遷往n=2 的電子遷移, 根據對應的能量, 會放出可見光; 遷往n=1 的會放出紫外光; 遷往n=3 的會放出紅內線....


最後, 在激發反應中, 如果電子是從任何能階遷往無限遠的能階(最高的能階), 那原子就相當於失去了這個電子, 因而形成陽離子. 這就是離子化反應.

以氫為例, 氫原子的電子接收到91.13nm 的電磁波時, 電子會由n=1 遷至n=(無限); 氫原子失去了電子而形成氫離子 H(+).
91.13nm 對應2.18x10^(-18) J 的能量, 這就是氫的(第一)電離能;

一摩爾的氫原子有6.022x10^(+23) 個, 而一摩爾的氫電離時, 需要吸收2.18x10^(-18) x 6.022x10^(+23) = 1310 kJ 的能量 --- 氫的電離能也可以說是1310kJ/mol .