Autoionización

Este artículo trata sobre la autoionización de un solo átomo o molécula en física atómica. Para la autoionización molecular por reacción de dos moléculas idénticas (un proceso diferente estudiado en química de soluciones), consulte Autoionización molecular .

La autoionización es un proceso mediante el cual un átomo o una molécula en un estado excitado emite espontáneamente uno de los electrones de la capa externa , pasando así de un estado con carga  Z a un estado con carga Z  + 1 , por ejemplo, de un estado eléctricamente neutro a un estado de ionización simple . ^[1]

Los estados de autoionización suelen ser de corta duración y, por lo tanto, pueden describirse como resonancias de Fano en lugar de estados ligados normales . Pueden observarse como variaciones en las secciones transversales de ionización de átomos y moléculas, por fotoionización , ionización de electrones y otros métodos.

Ejemplos de

Como ejemplos, varias resonancias de Fano en el espectro de fotoionización ultravioleta extrema del neón se atribuyen a estados de autoionización. ^[2] Algunos se deben a excitaciones de un electrón, como una serie de tres picos fuertes de forma similar a energías de 45.546, 47.121 y 47.692 eV que se interpretan como 1s ² 2s ¹ 2p ⁶ n p ( ¹ P) estados para n = 3, 4 y 5. Estos estados de neón neutro se encuentran más allá de la primera energía de ionización porque se necesita más energía para excitar un electrón de 2s que para eliminar un electrón de 2p. Cuando se produce la autoionización, la nLa desexcitación p → 2s proporciona la energía necesaria para eliminar un electrón 2p y formar el estado fundamental Ne ⁺ .

Otras resonancias se atribuyen a excitaciones de dos electrones. El mismo espectro de fotoionización de neón considerado anteriormente contiene una cuarta resonancia fuerte en la misma región a 44,979 eV pero con una forma muy diferente, que se interpreta como el estado 1s ² 2s ² 2p ⁴ 3s 3p ( ¹ P). ^[2] Para la autoionización, la transición 3s → 2p proporciona la energía para eliminar el electrón 3p.

La ionización electrónica permite la observación de algunos estados que no pueden ser excitados por fotones debido a reglas de selección. En neón, por ejemplo, nuevamente, la excitación de estados de triplete está prohibida por la regla de selección de espín ΔS = 0, pero el 1s ² 2s ² 2p ⁴ 3s 3p ( ³ P) se ha observado por ionización electrónica a 42.04 eV. ^[3]

Si falta un electrón del núcleo , un ion positivo puede autoionizarse más y perder un segundo electrón en el efecto Auger . En el neón, la excitación de rayos X puede eliminar un electrón 1s, produciendo un ion Ne ⁺ excitado con configuración 1s ¹ 2s ² 2p ⁶ . En el proceso de Auger subsiguiente, una transición 2s → 1s y la emisión simultánea de un segundo electrón desde 2p conduce al estado iónico Ne ²⁺ 1s ² 2s ¹ 2p ⁵ .

Las moléculas, además, pueden tener estados de Rydberg con autoionización vibratoria , en los que la pequeña cantidad de energía necesaria para ionizar un estado de Rydberg es proporcionada por la excitación vibratoria. ^[4]

Autodesprendimiento

Cuando el estado excitado del átomo o la molécula consiste en un estado compuesto de una partícula neutra y un electrón unido resonantemente, la autoionización se denomina autodesprendimiento. En este caso, el estado compuesto comienza con una carga neta negativa antes del proceso de autoionización y termina con una carga neutra. El estado final será a menudo un estado de excitación vibratoria o rotacional como resultado del exceso de energía del proceso de unión resonante. ^[5]

Referencias

1. IUPAC , Compendio de terminología química , 2ª ed. (el "Libro de oro") (1997). Versión corregida en línea: (2006–) " autoionización ". doi : 10.1351 / goldbook.A00526
2. Codling, K., Madden, RP y Ederer, DL (1967), Resonances in the Photoionization Continuum of Ne I (20-150 eV) , Phys. Rev. 155 , 26-37 DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRev.155.26
3. Bolduc, E., Quéméner, JJ y Marmet, P. (1972) Autoionización 2s ² 2p ⁴ 3s 3l Estados de Ne y Ne relacionados ^- Resonancias , J. Chem. Phys. 57 , 1957-66 DOI: https://dx.doi.org/10.1063/1.1678515
4. Pratt, ST (2005), "Autoionización vibracional en moléculas poliatómicas" , Revisión anual de química física , 56 (1): 281-308, Bibcode : 2005ARPC ... 56..281P , doi : 10.1146 / annurev.physchem. 56.092503.141204 , PMID  15796702
5. Schulz, George J. (1 de julio de 1973). "Resonancias en impacto de electrones en moléculas diatómicas" . Reseñas de Física Moderna . 45 (3): 423–486 . Consultado el 30 de enero de 2021 .