On the ionization energy of the atomic gold ion Au²⁺

Texto integral

В настоящее время в справочных базах данных и литературе наблюдается значительный разброс величин, приводимых для потенциала ионизации двукратно заряженного положительного иона атома золота. Так в базе данных NIST Standard Reference Database 78 [1] приведено значение 30 эВ, вычисленное теоретически, тогда как, например, существенно более раннее значение, полученное экспериментально, составляет 36.6 эВ [2]. На основании новых экспериментальных результатов и ранее предложенной модели, описывающей процесс ионизации атома гелия трехкратно заряженными (Z = +3) атомарными ионами металлов в лазерной плазме [3], мы полагаем, что реальная величина данного потенциала не может быть менее 34 эВ.

Как было ранее обнаружено для некоторых металлов, при лазерной абляции металлических мишеней, расположенных в объеме сверхтекучего гелия, наблюдалась люминесценция атомов и молекул гелия при плотностях мощности лазерного излучения ниже пороговой для оптического пробоя жидкого гелия, I_He ≈ 10 ГВт/ см² [4]. Люминесценция атомов и молекул гелия однозначно указывает на наличие в плазме у поверхности мишени ионов гелия, Не⁺ и Не₂⁺, в результате рекомбинации которых с электронами и формируются возбужденные состояния нейтральных атомов и молекул гелия, дающие вклад в люминесценцию [5, 6]. Было установлено [3], что появление ионов гелия связано с формированием комплекса, He + M³⁺ → HeM³⁺, и его диссоциацией на ион гелия He⁺ и другие фрагменты в реакции:

HeM³⁺ + M → He⁺ + M²⁺ + M⁺ + e. (1)

Для реализации этого механизма необходимо, чтобы для атома металла выполнялся положительный баланс реакции, т.е.

IE²⁺ – 24.59 – IE > 0, (2)

где IE и IE²⁺ – энергии ионизации нейтрального атома и двукратно заряженного иона данного металла (в электрон-вольтах), а 24.59 эВ – потенциал ионизации атома гелия.

Подробное описание экспериментальной установки и методики измерений приведено в работе [3]. Для абляции мишени из золота (степень чистоты 99.99%), погруженной в сверхтекучий гелий (при температуре 1.5 К) в шахте оптического криостата, было использовано излучение лазера с плотностями мощности лазерного излучения ниже и выше I_He, соответственно ≈3.6 и 28 ГВт/см². На рис. 1 представлено сравнение спектров плазмы у поверхности мишени из золота при плотностях мощности лазерного излучения ниже и выше порога пробоя жидкого гелия (зеленая сплошная и синяя точечная линии соответственно). Красные стрелки показывают положения атомарных линий и молекулярных полос, характерных для атомов и молекул гелия. Видно, что атомарные линии гелия на 587.6, 667.5, 706.3 и 728 нм, наряду с молекулярными полосами на 573 и 640 нм наблюдались и при плотности мощности ниже пороговой, аналогично спектрам плазмы, наблюдавшихся у мишеней никеля и кобальта, для которых соблюдается положительный баланс реакции (1) [3].

 

Рис. 1. Сравнение экспериментальных спектров плазмы, формирующейся у поверхности мишени из золота при плотностях мощности лазерного излучения ниже и выше порога пробоя жидкого гелия (зеленая сплошная и синяя точечная линии соответственно). Красные стрелки показывают положения атомарных линий и молекулярных полос, характерных для атомов и молекул гелия.

 

В табл. 1 для золота и ряда металлов, для которых баланс (2) положителен и наблюдается люминесценция атомов и молекул гелия при допороговых величинах плотности мощности, для сравнения приведены потенциалы ионизации атомов и ионов, энергетические балансы реакции (1).

 

Таблица 1. Потенциалы ионизации атомов и ионов металлов, энергетические балансы реакции (1)

Металл	Ni	Co	Ga	Ag	Au
IE *, эВ	7.64	7.88	6	7.58	9.22
IE2+ *, эВ	35.19	33.5	30.73	34.8	30.0 *	34 / 36.6 **
Баланс реакции (1)	2.96	1.03	0.14	2.66	–3.81	0.19 / 2.79

* – данные из базы данных [1], ** – данные из работы [2].

 

Для атома золота приведены значения потенциалов ионизации из различных источников, причем во втором источнике наряду с экспериментальной величиной IE²⁺, 36.6 эВ, была получена и теоретическая оценка, 34 эВ. Видно, что обе величины удовлетворяют требованию положительного баланса для ионизации атомов гелия в реакции

Au + HeAu³⁺ → He⁺ + Au²⁺ + Au⁺ + е.

Таким образом показано, что величина энергии ионизации атомарного иона Au²⁺ должна быть не менее 34 эВ.

ИСТОЧНИКИ ФИНАНСИРОВАНИЯ

Работа выполнена по темам госзаданий ФИЦ химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (№ 122040500073-4) и ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН (№ 124020600049-8).

Sobre autores

R. Boltnev

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Branch of the N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Autor responsável pela correspondência
Email: boltnev@gmail.com
Rússia, Moscow; Chernogolovka

A. Karabulin

Joint Institute for High Temperatures of the Russian Academy of Sciences; Federal Research Center of Problems of Chemical Physics and Medicinal Chemistry RAS

Email: boltnev@gmail.com
Rússia, Moscow; Chernogolovka

I. Krushinskaya

Branch of the N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Email: irkrush@gmail.com
Rússia, Chernogolovka

A. Pelmenev

Branch of the N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Email: boltnev@gmail.com
Rússia, Chernogolovka

V. Matyushenko

Branch of the N.N. Semenov Federal Research Center for Chemical Physics

Email: boltnev@gmail.com
Rússia, Chernogolovka

Bibliografia

Arquivos suplementares