イオンとプラズマの違い

イオンとはどんなものなのか?

プラズマとはどんな状態を言うのかについて説明しています。

イオンになりやすい物は何があるのか。

イオンやプラズマの技術はどんなものに利用されているのかなどを考えます。

イオンとプラズマの状態に、影響をあたえるものは電子の状態です。

原子の構造

原子とは物質を構成しているものの中で、もっとも小さい単位となるもののことです。

原子は原子核とマイナスの電荷を持つ電子で出来ていて、原子核はさらにプラスの電荷を持つ陽子と電荷を持たない中性子で出来ています。

■ 原子番号

陽子の数を原子番号といい、電荷をもたない原子においては、原子番号は電子の数 に等しい。

陽子と中性子の合計数を質量数と呼びます。

また、同じ原子でも中性子の数が違うものがありそれを同位体といいます。

電子殻を表わすのに、一般に平面図を使いますが実際の電子の動きは立体です。

■ 電子の軌道と電子の収容数

電子の数と軌道は、元素によって決まっています。

電子の収容数

  • 原子核の内側から、K,L,M,N…という順になっています。
  • いちばん内側のK殻には電子が2個入ります。
  • 次のL殻には8個の電子が入ります。
  • それぞれの殻によって、電子が入れる数が決まっていて、それ以上の電子の数は入れません。
  • そして、一部の電子が何かのエネルギーを受けて原子から飛び出して自由に動き回ります。
  • この電子を自由電子といいます。

原子の周りの電子は、内側の殻から順に一杯になっていきます。

そして、原子が持つ 化学的な性質は、いちばん外側の殻に入っている 電子の数 により決まります。

原子のいちばん外側の殻が、電子の収容数で満たされているときは原子は安定しています。

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イオンの状態とは

通常の状態の時の原子は、原子核のプラスと電子のマイナスがあって 電気的には中性 の状態になっています。

しかし、図のように、原子に外部から何らかの刺激が与えられると、そのエネルギーによって電子が外に 放出されたり、受け取ったり することがあります。

このようになると、いままで電気的には中性だった原子から、マイナスである電子が飛び出したので プラス を帯びた状態になります。

反対に、電子を取り込んだ原子は マイナス を帯びた状態になります。

このような、原子の状態のことを「イオン」 と呼びます。

したがって、イオンにはプラスの電荷をもつ 「プラスイオン」 とマイナスの電荷をもつ 「マイナスイオン」 があります。

イオンという呼び方は、マイケル・ファラデー(1791年9月22日 – 1867年8月25日)イギリスの化学者・物理学者によってつけられました。

■ ナトリウムイオン

ナトリウムは原子番号が11の元素です。

M殻にある電子が、何らかのエネルギーを受けて飛び出すと 陽イオン となり、安定した ナトリウムイオン となります。

■ 塩素イオン

塩素は原子番号が17の元素です。

M殻に外から電子をもらうと 陰イオン なり、塩素イオン となります。

■ イオン化傾向

電子が移動すると電流が流れるのですが、電荷を帯びている原子や分子(つまりイオンの状態) が移動しても電流が流れることになります。

水の入った容器に電線を入れて電気を通すとき、そのままでは電流が流れなくても、食塩を入れて 食塩水 にすると電流が流れます。

これは食塩が水に溶けたときに、食塩(NaCl)が ナトリウムイオン塩素イオン に分かれることで、電気を通しやすくなったためです。

イオンを使った技術は、電池(リチウムイオン電池など)、電気透析(脱塩・殺菌)、バイオ技術などに使われています。

プラズマとは

プラズマ状態のイメージは
図3のように気体分子の状態で、原子核と電子がバラバラになって動いている状態のことをプラズマ状態を言います。

タイトル

  • 気体分子がプラス電荷をもっているイオンとマイナス電荷をもつ電子に分離(電離)している。
  • それぞれが別々に動いていて、しかも全体としては電気的に中性になっている。
  • プラスイオンと電子が混合している気体を「プラズマ」とよびます。

プラズマを作るには期待を数万度C以上の超高温にすることで作る場合と、気体に高電圧をかけることで作る場合があります。

北極などで観測されるオーロラは太陽から放射されたプラズマ粒子(太陽風)にが大気中の酸素や窒素の粒子と衝突して起こるものです。

プラズマを使った技術は、蛍光灯、アーク溶接器、プラズマカッター、プラズマディスプレイ、などに使われています。

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以上で「イオンとプラズマの違い」の説明を終わります。