Différence énergie d'ionisation et production de paire d'ions ?

[Licha57]

Bonsoir à tous,

En relisant mon cours d'Interaction Rayonnement-Matière, je viens de me rendre compte d'une subtilité que je ne comprend pas très bien. En fait, le cours explique qu'une ionisation est un électron arraché à un atome initialement neutre et peut rester libre ou se fixer sur un autre atome pour formé un ion négatif. Le terme paire d'ions représente l'ion positif et son complément, l'électron libre ou l'ion négatif. La production d'une paire d'ions dans l'air (pour une particule chargé lourde) correspond à une énergie moyenne de 35 eV. L'énergie d'ionisation est l'énergie nécessaire pour arracher un électron et cette énergie est inférieure à l'énergie pour créer une paire d'ions.

Je ne comprend pas la dernière partie de l'extrait de mon cours... Pour moi, l'énergie d'ionisation va venir créer la paire d'ions étant donnée que c'est cette énergie qui va arracher un électron à un atome. Pourquoi est-ce qu'il est dit que l'énergie d'ionisation est inférieure à l'énergie de création de paire d'ions ?

Merci d'avance
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[LPFR]

Bonjour.
Je ne pense pas que la valeur de 35 eV soit bonne.
Regardez une flamme dans laquelle vous jetez du sel : elle émet une lumière jaune due au sodium.
Cela veut dire que la température de la flamme est suffisante pour ioniser au moins une petite partie des molécules de NaCl.
Or, kT, à 2000 K ne vaut que 0,2 eV (à la louche).
L’énergie de dissociation du NaCl est de l’ordre de quelques eV, ce qui colle avec la valeur de la tension de piles électriques.
Au revoir.

[invite07941352]

Bonsoir LPFR ,
L'énergie moyenne de 35 eV nécessaire pour obtenir une ionisation est celle donnée dans les cours de physique nucléaire pour les détecteurs gazeux : chambres d'ionisation .
Mais dans les détecteurs solides Germanium ou Silicium , cette valeur est d'environ 3.5 eV .
Ces valeurs peuvent être calculées à partir du potentiel moyen d'ionisation .
Cordialement,

[LPFR]

Bonjour Catmandou et Licha57.
Vous avez raison sur l’énergie d’ionisation des atomes. Surtout pour les plus élevées qui correspondent aux gaz nobles, qui remplissent les compteurs à ionisation.
Voir ici :
https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_energy
Le plus élevée est celle de l’hélium : 25 eV.
Par contre, l’énergie pour créer une paire d’ions à partir d’une molécule (ionique) et beaucoup plus petite :
http://wps.prenhall.com/wps/media/ob...6/blb0802.html
"For example, removing an electron from Na(g) and adding it to Cl(g) is an endothermic process that requires 496 - 349 = 147 kJ/mol of energy."
Soit quelque 1,5 eV par molécule.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Licha57]

Bonjour à vous,

Effectivement j'ai oublié de préciser que je parlais de l'ionisation des gaz par des particules lourdes. Dans mon cours, il est clairement noté que la production d'une paire d'ions dans l'air correspond à une énergie moyenne de 35 eV.

Mais là n'est pas la question, ce que je ne comprend pas c'est la différence faite dans le cours entre énergie d'ionisation et énergie de production de paire d'ions... Pour moi, c'est la même énergie étant donné que lorsqu'on ionise un atome, on vient arracher un électron et du coup créer une paire d'ion négatif et ion positif.

J'ai trouvé cela dans un cours de médecine de l'université de Lille :
L'énergie absorbée en moyenne pour chaque ionisation, appelée énergie moyenne par ionisation (ωi) est donc le double de l'énergie nécessaire à cette ionisation. Cette énergie nécessaire pour créer une paire d'ions dépend peu de la vitesse et de la charge des particules ; elle dépend essentiellement du milieu traversé.
• Dans l'air, où une ionisation demande 17,5 eV, on a ωi = 35 eV

Est ce vrai ? Pourquoi l'énergie moyenne par ionisation est 2 fois supérieure à l'énergie d'ionisation dans le milieu considéré ?

[LPFR]

Re.
Il y a trois choses différentes :
- l’ionisation d’un atome. Vous avez les valeurs dans le lien que je vous ai donné :
https://en.wikipedia.org/wiki/Ionization_energy
en pratique, seul les gaz nobles se promènent sous forme monoatomique.
- ionisation d’une molécule. Je ne sais pas de quelles molécules vous parlez. Mais l’ionisation de molécules de gaz diatomiques se situe vers 12-15 eV. Ici ce que l’on obtient est un électron d’un côté et une molécule diatomique avec un électron en moins (N2)+
- la séparation d’une molécule diatomique en deux atomes isolés et non ionisés. Vous avez des valeurs dans Wikipedia : https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...%27une_liaison

Donc, pour obtenir deux ions (et deux électrons) à partir d’une molécule de H2 il faut 4,52 eV (pour briser la molécule) plus deux fois 14,5 eV pour ioniser les atomes.
A+

[Licha57]

Bonjour,

Merci d'avoir pris le temps de me répondre et de m'expliquer mais je ne comprends toujours pas... Pour vous expliquer clairement mon problème, je vais citer un extrait du livre de "Détection et Mesure des rayonnements nucléaires" de Pierre CHEVALLIER sur les chambres à ionisation:

"Collectages des charges : parmi les nombreux processus participant à la dégradation de l'énergie d'une particule chargée dans un gaz, seule l'ionisation nous intéresse ici. L'énergie moyenne pour créer une paire électron-ion W est supérieure à l'énergie d'ionisation et est indépendante de l'énergie de la particule. Le tableau suivant donne des valeurs admises de W pour les électrons et les particules alpha dans divers milieux.

Tableau d'énergie moyenne de création d'une paire d'électron-ion pour des électrons et des particules alpha dans divers milieux :
Ar => (électron) W = 27 eV/électron-ion (alpha) W = 25,9 eV/électron-ion
He => (électron) W = 32,5 eV/électron-ion (alpha) W = 31,7 eV/électron-ion
H2 => (électron) W = 38 eV/électron-ion (alpha)W = 37 eV/électron-ion
Air => (électron) W = 35 eV/électron-ion (alpha) W = 35,2 eV/électron-ion

Là où je suis complètemment "pommé" c'est que pour moi l'énergie d'ionisation est l'énergie nécessaire pour arracher un électron à un atome initialement neutre. Pour moi c'est ce phénomène qui créer la paire ion-électron. Je ne comprend pas pourquoi il y a une différence entre énergie d'ionisation et énergie de production de paire ion-électron ?

[LPFR]

Re.
Je ne comprends pas plus que vous.
Attendons ce que Catmandou a à dire.
Je ne sais pas ce qu’il entend par « L'énergie moyenne pour créer une paire électron-ion W est supérieure à l'énergie d'ionisation ».
Le valeur données me semblent correspondre à l’énergie d’ionisation des atomes (Ar, He) et la l’énergie de dissociation plus l’ionisation pour les gaz diatomiques. Même si pour l’hydrogène je trouve 2*14,5 + 4,52 = 35,52 eV et non la valeur que lui il donne.
A+

[Resartus]

La différence vient de l'énergie cinétique prise par la cible lors du choc . C'est pour cela qu'on parle de valeur moyenne, car cela dépend de la direction et de la valeur de la vitesse initiale de la cible (agitation thermique) % la particule

[Hermillon73]

Bonjour,

"L'énergie moyenne pour créer une paire électron-ion W est supérieure à l'énergie d'ionisation"


Votre particule ionisante rentre dans le gaz, elle perd de l'énergie en ionisant le gaz certes, mais aussi dans des processus d'excitation non ionisants des molécules du gaz.

L'énergie moyenne perdue par la particule ionisante pour créer une paire électron-ion est donc supérieure à l'énergie d'ionisation (mais cette énergie moyenne perdue "cache" des processus différents : l'énergie perdue "pour rien" et l'énergie pour faire une ionisation réelle)

Cordialement

[Licha57]

Bonjour Hermillon73

Donc si je comprend bien votre explication, l'énergie ou potentiel d'ionisation est l'énergie minimale à apporter pour arracher un électron à un atome. Tandis que l'énergie moyenne de production de paire d'ions est l'énergie moyenne donné par la particule ionisante au milieu considéré pour créer une paire d'ions, et, calculé à partir de l'énergie d'ionisation réelle et de l'énergie cédée au milieu par la particule ionisante lors d'interactions transverses (excitation par exemple). Cette "somme" explique le fait que cette énergie est plus élevée que l'énergie d'ionisation.

En gros, et vous m'arrêtez si je me trompe, l'énergie d'ionisation est l'énergie minimale à apporter pour créer une paire d'ions, à partir d'une particule ionisante et d'un atome du gaz considéré (sans prendre en compte d'autres interactions). Alors que l'énergie moyenne de production de paire d'ions est l'énergie réelle à apporter pour créer une paire d'ions en prenant compte d'éventuelles "pertes" d'énergie à cause d'autres interactions de la particule dans le milieu considéré ?

[invite07941352]

Re,
Pour répondre incomplètement à LPFR :

Après un développement sur la relation de Bethe et Bloch : https://fr.wikipedia.org/wiki/Formule_de_Bethe

mon cahier de cours dit ceci : énergie moyenne nécessaire à une ionisation :

W = 2 I(0) Log ( 2 mv²)/I

avec I(0) : énergie d'ionisation
et I : potentiel moyen d'ionisation de Bethe

par exemple , pour les gaz W = 35 eV , pour Si, Ge W = 3.5 eV


donc, on voit ici les 2 notions : énergie moyenne nécessaire à une ionisation et énergie d'ionisation

[LPFR]

Re,
Pour répondre incomplètement à LPFR :

Après un développement sur la relation de Bethe et Bloch : https://fr.wikipedia.org/wiki/Formule_de_Bethe

mon cahier de cours dit ceci : énergie moyenne nécessaire à une ionisation :

W = 2 I(0) Log ( 2 mv²)/I

avec I(0) : énergie d'ionisation
et I : potentiel moyen d'ionisation de Bethe

par exemple , pour les gaz W = 35 eV , pour Si, Ge W = 3.5 eV


donc, on voit ici les 2 notions : énergie moyenne nécessaire à une ionisation et énergie d'ionisation

Re.
Merci Catmandou.
Mais je dois dire que ni les pages en français ou en anglais de Wikipedia expliquent ce que cela veut dire. Ils donnent les formules sans aucune explication et sans dire d’où elles sortent (de la tête de Bethe bien sur). Je ne sais pas ce qu’est le potentiel moyen d’ionisation (qui croit avec Z !) ni l’énergie moyenne nécessaire à une ionisation.
Dommage. L’explication de Hermillon73 avait l’avantage d’être consistante.
Cordialement,