Кластерные ионы

КЛАСТЕРНЫЕ ИОНЫ, сложные ионы, состоящие из простых (атомных или молекулярных) ионов и небольшого числа атомов или молекул, сохраняющих свою индивидуальность. Кластерные ионы, содержащие большое число атомов или молекул, называются заряженными кластерами. Кластерный ион, состоящий из простого иона А⁺ и группы атомов или молекул В, обозначается как А⁺·В; например, кластерный ион К⁺ (Н₂О)_n состоит из положительного иона калия и n молекул воды. Кластерные ионы проявляются в различных процессах, протекающих в газе и плазме. В таблице представлены возможные процессы образования и распада кластерных ионов.

Связь между компонентами кластерных ионов слабее, чем химическая, но прочнее, чем в ван-дер ваальсовых молекулах. Относительно небольшая энергия диссоциации кластерных ионов (0,1-1 эВ) приводит к тому, что они могут эффективно разрушаться (и образовываться) при тепловых энергиях. В зависимости от температуры, давления и других условий, в которых находится система, существуют разнообразные кластерные ионы. Например, в парах воды при комнатной температуре наблюдаются положительные кластерные ионы Н₃O⁺(Н₂O)_n, n = 1÷3, и отрицательные кластерные ионы  ОН^--(Н₂O)_n, n= 1÷4.

Важную роль кластерные ионы играют как ядра конденсации в процессах конденсации пара в объёме, когда давление пара превышает давление насыщенного пара при данной температуре. В электрически нейтральном паре образование малых капель данного вещества термодинамически невыгодно из-за большого поверхностного натяжения, тогда как рост зародышей на кластерном ионе не ограничивает конденсацию пара.

Кластерные ионы эффективно образуются в газоразрядной плазме низкого давления, в частности в газоразрядном лазере на СО. Многообразие кластерных ионов наблюдается при низкой температуре, в частности в криогенной плазме.

Кластерные ионы присутствуют в атмосфере Земли, причём на разных высотах их состав существенно различается. Так, в стратосфере на высоте 35-40 км присутствуют отрицательные ионы ΝO^-₃·(ΗΝO₃)₂, HSO^-₄∙( HΝO₃)₂ и другие ионы подобного вида. Наиболее полно исследованы состав кластерных ионов и протекающие с их участием процессы в D-слое ионосферы.

Лит.: Смирнов Б. М. Комплексные ионы. М., 1983; Smirnov В. М. Cluster ions and Van der Waals molecules. Phil., 1992.