Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě = N1 N1p N1 = N1p je stupeň pokrytí 1 = 1 4 nva 1ef = 1 = 1 4 nva je koeficient ulpění va = 8kT m = 8kNa T M0 1ef = 1 4 P kT 8kNa T M0 = Na 2k P TM0 1ef = Na 2k P TM0 počet molekul, které ulpí na jednotce povrchu za 1s Adsorpční proud a rychlost I = kT1 adsorpční proud na plochu A: Iad = kT1ef = Nak 2 T M0 PA adsorpční rychlost : S = Iad P = Nak 2 T M0 A Doba pobytu molekuly na povrchu tp = tp0exp Wdes RTs Wdes - vazbová energie (desorpční energie) Jmol-1 R = 8314Jmol-1K-1 Ts - teplota povrchu tp0 - nejmenší možná doba pobytu molekuly na povrchu, závisí na druhu molekul a vlastnostech povrchu i na teplotě povrchu, může mít hodnoty z intervalu 10-12 - 10-4s inertní plyny na grafitu 8x10-13s inertní plyny na skle 0.2x10-13s Souvislost doby pobytu molekul na povrchu s tlakem Dva mezní případy: * Ts = 0 s, P =0 Pa, žádné volné molekuly, doba pobytu nekonečně velká * Ts velmi vysoká, P = nkT, žádné vázané molekuly tp 0 K V reálném systému po určité době nastane rovnováha mezi plynem adsorbovaným na povrchu a plynem volným v objemu reaktoru. Doba úplného pokrytí povrchu monomolekulární vrstvou p = N1p 1ef pro orientační výpočty N1p = 0.5x1015 cm-2 p = N1p 2k Na TM0 1 P Pro M0 = 30, T = 300 K, = 0.5, P = 10-10 Pa je doba pokrytí p = 1.14x108 s 3.6 let Povrch vakuově čistý Obvykle se považuje povrch za čistý, pokud je stupeň pokrytí menší než 0,1. Pro fyzikální a technologické procesy a experimenty potřebujeme vyrobit a udržet po dostatečně dlouhou dobu čistý povrch. Vytvoření čistého povrchu: * zahřátí na vysokou teplotu * rozštípnutí monokrystalu * napaření vrstvy materiálu * bombardování povrchu ionty, nebo elektrony Desorpce plynu Intenzita tepelných kmitů částic pevné látky roste s teplotou. Molekuly plynu vázané na povrchu se proto mohou uvolňovat. Pro desorpci inertních plynů stačí nižší teplota. Desorpci chemicky aktivních plynů (vázaných chemisorpcí) je obtížná i při vysokých teplotách. Pro vysoko-vakuovou technik: * odplyňování - vysoká teplota * udržení nízkého tlaku - nízká teplota Počet desorbovaných molekul plynu 1des = dN d = N p = N1 p0 exp - Hdes RTs N1 - je celkový počet molekul na povrchu Rovnováha mezi adsorpcí a desorpcí 1ads = 1des Na 2k P TM0 = N1 p0 exp - Hdes RTs N1 = Na 2k p0 P TM0 exp Hdes RTs Vypařovací teplo energie potřebná k přeměně jednotky hmotnosti látky při teplotě T na nasycenou páru stejné teploty. Je-li v systému o objemu V (bez přítomnosti plynu) 1 g látky při teplotě T, vzroste tlak o dP při vzrůstu teploty o dT dP P = dT T P = T dP dT PV = VT dP dT = Wvyp Tlak nasycených par stavová rovnice pro plyn V = R T P Wvyp = R T2 P dP dT dP P = Wvyp RT2 dT lnP = - Wvyp R 1 T + konst lnP = A - B Ts P = P0exp - Wvyp RT P0 je tlak nasycené páry pro T Tenze vodní páry a Hg: T[K] PH2O[Pa] PHg [Pa] 90 10-20 10-25 120 1x10-12 4x10-16 173 1.3x10-3 3.2x10-9 233 13.3 2.7x10-4 273 613 2.7x10-2 303 4266 4x10-1 Význam sorpce a desorpce pro vakuovou techniku Chceme-li, aby počet molekul na povrchu stěn vakuového systému zůstal co nejmenší, je nutné při dostatečně malém tlaku zajistit co možná největší teplotu desorbujícího povrchu a to tím vyšší čím vyšší je vazbová energie adsorbovaného plynu. Chceme-li udržet vysoké vakuum v již odplyněné aparatuře, je nutné udržovat teplotu povrchu stěn na nejnižší možné hodnotě. Plyny v pevných látkách * atomární stav (O2, H2, N2 v kovech a polovodičích) * molekulární stav (O2, H2, N2 v sklech a polymerech) * volný stav * chemicky vázaný stav I když jsou stěny bez pórů a štěrbin může nastat pronikání plynů přes stěnu. Týká se to především He, tento proces je velmi pomalý. Př. Vysílací elektronky - postupné zvyšování napětí a proudu a tím nastane pohlcení iontů do materiálu. Rozpouštění plynů v pevných látkách koeficient rozpustnosti Pro atomární plyny v kovech a molekulární plyny ve skle, když nenastává disociace molekul, platí Henryův zákon nr = r1P Pro dvouatomární molekulární plyny v kovech, když nastává disociace molekul, pak platí Sievertsův zákon nr = r2 P v obecném případě nr = rPu , u = 1, 1 2 , 1 3 , ...; r = r0exp - Har RTs