Адсорбция. Степень покрытия поверхности

Столкновение молекул с поверхностью твердого или жидкого тела сопряжены с сорбционными процессами. Сорбция – это процесс поглощения газов или паров твердыми или жидкими телами. По мере снижения рабочего давления роль сорбционных процессов в вакуумной технологии все более возрастает. Поглощение газов на поверхности твердых тел за счет процессов физического взаимодействия называется физической адсорбцией. Природа сорбционных сил такая же, как и сил межмолекулярного взаимодействия. Физическое взаимодействие определяется эффектами притяжения молекул со всеми присущими особенностями и отталкиванием между ядрами молекул при их соответствующем сближении.

Существует и химическое взаимодействие – хемосорбция. Хемосорбция – это поверхностное поглощение газов за счет химического взаимодействия. Наконец, абсорбция – это поглощение газов в объеме твердых или жидких тел. Примером абсорбции является растворимость газов в жидких средах (для ракетной техники – газонасыщение ЖРТ газом наддува).

Таким образом, процесс сорбции протекает в следующей последовательности: физическая адсорбция, хемосорбция, абсорбция.

Равновесное состояние процесса абсорбции определяется растворимостью газов в твердых телах. Сам процесс растворения газов осуществляется за счет диффузии. С этим процессом связаны очень важные для вакуумной техники явления такие, как газовыделение и газопроницаемость.

Итак, ударяясь о поверхность твердого тела, молекулы адсорбируются, т.е. на какое-то время поглощаются поверхностью. Это время называется временем адсорбции (t_а). Адсорбируя, т.е. удерживая, поверхность покрывается молекулами. Условие адсорбционного равновесия на поверхности заключается в материальном балансе

, (8)

где а_m – количество молекул, необходимое для образования монослоя на поверхности твердого тела, f – вероятность поглощения молекулы газа на свободной поверхности, - поток молекул на единицу площади в единицу времени, q - степень покрытия, т.е. доля единицы поверхности, занятая монослоем.

Степень покрытия поверхности адсорбированными газами может быть тем параметром, который наряду с критерием Кнудсена будет характеризовать область сверхвысокого вакуума, т.к. согласно выражению (8) q должна зависеть от давления в вакуумной камере.

Под сверхвысоким вакуумом можно понимать область высокого вакуума, для которой доля поверхности, покрытий адсорбированными газами, не превышает заданной величины R₀. Условие существования сверхвысокого вакуума может быть записано в следующем виде:

Дата добавления: 2014-01-07