[拼音]:fulizi
[外文]:negative ion
某些中性原子、分子俘获电子后形成的一种带负电荷的系统。中性粒子俘获电子形成负离子的过程,称为附着。
实验已观察到的有等负离子,以及碱金属原子和卤族原子的负离子,但没有发现惰性气体原子的负离子。
有些原子容易形成稳定的负离子,有些则不能,这与原子的电子壳层结构有关。当原子的外电子壳层未被完全填满时,它容易形成负离子。例如氟原子外壳层允许的最大电子数为8,而实际只有7个电子,故有一空位。由于核电荷未被完全屏蔽,附加电子受核电场作用容易进入该空位,所以氟原子容易形成负离子,同时释放能量。通常把原子俘获一个零动能的电子而释放的能量,称为原子的电子亲合势,它也可表为处于基态的中性原子和负离子的能量差,单位为电子伏(eV)。在各种原子中,氯的电子亲合势最大:3.61eV,其次是其他卤族原子:氟、溴和碘分别为3.40、3.36、和3.06eV。碱金属原子锂、钠、钾、铷和铯的电子亲合势最小,分别为0.62、0.55、0.50、0.49和0.47eV。电子亲合势越大,对附加电子束缚得越紧,形成的负离子越稳定。
稳定负离子的能量总比原来原子的能量小。如果碰撞前电子的动能不为零,则形成负离子时释放的能量,等于电子动能与电子亲合势之和。它可能转化为辐射能,或被第三个粒子所吸收而使其动能增加。在分子气体中,也可能使分子离解。
通常定义一个原子在一次碰撞中附着一个电子的几率为附着几率。附着几率随气压增加而增大,这是因为气压较高时,发生能量传给第三粒子的附着过程的可能性更大些。附着几率还随电子速度增加而减小,这是因为速度较大的电子,在原子附近停留时间较短,不易发生附着。
负离子的形成将使气体中的电子数减少。在气体放电中,它对放电的宏观电学特性有重要影响。在技术上,如断路器、高压发生器以及加速器中,常利用电子亲合势较大的气体作为绝缘介质,以减少放电中电离产生的电子数,从而提高气体的绝缘强度。例如,SF6和CCl2-F2等气体的绝缘强度几乎比空气的大2.5倍。