Испарение, конденсация, адсорбция, хемосорбция как поверхностные процессы

Испарение. Если над поверхностью вещества создать и поддерживать давление меньшее, чем давление насыщенного пара при данной температуре, то будет происходить испарение вещества. Испарение прекратится при установлении равенства давления над поверхностью испарения давлению насыщенного пара. При этом устанавливается динамическое равновесие, т.е. скорость испарения и конденсации молекул на поверхности раздела фаз будут равны. Определим скорость испарения как разность испаряющегося и конденсирующегося потоков

, (14)

где m – масса молекулы.

Используя для раскрытия (14) выражения: ; P = nkT; R = N_Ak; M = mN_A, получим

, (15)

где Р_Т – давление насыщенных паров вещества, Р – давление над поверхностью испарения, М – молекулярная масса, кг/моль; R – универсальная газовая постоянная. Давление Р_Т может быть определено по уравнению Антуана:

; А и В – константы, зависящие от рода вещества.

Конденсация. Конденсация происходит, когда давление пара над поверхностью конденсации больше давления насыщенного пара вещества при температуре поверхности конденсации. Другими словами конденсация происходит на холодных поверхностях. Скорость конденсации из паровой фазы можно записать в виде, аналогичном выражению (15) при условии P > P_T.

Хемосорбция. На рис. 14.7 показаны изобары сорбции водорода на никелевом порошке. Левая часть изобар (до минимума) – физическая адсорбция, обусловленная межмолекулярными силами (силами Ван-дер-Ваальса). При чисто физической адсорбции количество поглощенного вещества уменьшается при повышении температуры. Но на рис.14.7 представлена более сложная зависимость. С повышением температуры до -180°С быстро достигается минимум поглощения газа. Потом следует более сильная сорбция, хотя температура повышается. При -100°С поглощение газа достигает максимума, потом идет снижение сорбции. Вторая стадия сорбции называется активированной адсорбцией (т.е. какой-то механизм активировал процесс) или хемосорбцией. Название хемосорбция подчеркивает тепловой аналог этого процесса с химической реакцией, т.е. при этом процессе выделяется тепло по порядку величины соответствующее тепловым эффектам химических реакций. Но это не химическая реакция, т.к. не образуется новой фазы (нового вещества).

В отличие от физической адсорбции, которая всегда обратима относительно давления в газовой фазе (т.е. при понижении давления в вакуумной камере идет газоотделение от стенок), хемосорбция – процесс необратимый. Для выделения поглощенного количества газа хемосорбцией требуется нагрев поверхности до высоких температур. Это приводит к необходимости прогрева вакуумных камер, если требуется получение сверхвысокого вакуума.

Литература

1. Дешман С. Научные основы вакуумной техники. -М.: Мир, 1964

2. Розанов Л.Н. Вакуумная техника: Учебник для вузов. – М.: Высш. школа, 1982

Дата добавления: 2014-01-07