Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě 0 = T71 Ni = ŮNlp ů je stupeň pokrytí ui = -nva 7 je koeficient ulpění ip_ jskNg nr= [ň^ p7 e/ 74fcTV 7t VMo V2fc7rVŤMÔ /lva" 1/167 " V2fc7rVTMÔ počet molekul, které ulpí na jednotce povrchu za ls Adsorpčni proud a rychlost I = kTvx adsorpční proud na plochu A: lad = kTulef = \I^J ^rPlA 2tt V M0 adsorpční rychlost : lad INnk I T Doba pobytu molekuly na povrchu . . (wdes\ tp = tpoexp [-jjjT j Wdes - vazbová energie (desorpční energie) Jmol^1 R = 8314 Jmol-1 K'1 Ts - teplota povrchu tpQ - nejmenší možná doba pobytu molekuly na povrchu, závisí na druhu molekul a vlastnostech povrchu i na teplotě povrchu, může mít hodnoty z intervalu 10~13 — 10~4s inertní plyny na grafitu ~ 8 x 10~13s inertní plyny na skle ~ 0.2 x 10~13s 4/23 Souvislost doby pobytu molekul na povrchu s tlakem Dva mezní případy: • Ts = O K, P =0 Pa, žádné volné molekuly, doba pobytu nekonečně velká • Ts velmi vysoká, P = nkT, žádné vázané molekuly tp —> 0 s 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 pro orientační výpočty N±p = 0.5 x 10 cm Pro MQ = 30, T = 300 K, 7 = 0.5, P = ÍO"10 Pa je doba pokrytí tv = 1.14 x 108 s ~ 3.6 Zet 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 techniku: • odplyňování - vysoká teplota • udržení nízkého tlaku - nízká teplota Počet desorbovaných molekul plynu dN N N f Hde; V\des = - = — = —exP I-- dr tn tm \ RT* Rovnovdha mezi adsorpci a desorpci v\ads — v\des Na P7 2kiv JTM~v tp0 exp Hdes RT, 2kTvTp0^/TM( p1 -.exp Hdes RT, 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 dT dP - = — =>- P = T- P T dT dP PV = VT— = W, dT vyp Tlak nasycených par stavová rovnice pro plyn V = i?-p rT2dP dP WvyPArr InP = — —■— + konst R T B InP = A - — P = P^exp Pq je tlak nasycené páry pro T —> co RT □ ► 4 [9 ► 4 Tenze vodní páry a Hg: T[K] Ph2o [Pa] PHg [Pa] 90 10-20 10-25 120 1 x 10~12 4 x 10~16 173 1.3 x 10~3 3.2 x 10~9 233 13.3 2.7 x 10~4 273 613 2.7 x 10~2 303 4266 4 x IQ"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 co nejnižší možné hodnotě. 4 & > 4 -š ► 4 š ► -Š O^O f6450 19 / 23 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. 4 & > 4 -š ► 4 š ► Rozpouštěni plynů v pevných látkách koeficient rozpustnosti Pro atomární plyny v kovech a molekulární plyny ve skle, když nenastává disociace molekul, platí Henryův zákon nr = r\P Pro dvouatomární molekulární plyny v kovech, když nastává disociace molekul, pak platí Sievertsův zákon nr = T2"J~P v obecném případě 1 1 nr = rP , u = 1,r = r^exp f6450 22 / 23 ícms(aořuti\ nŕ iď n' 10' 11 \ 2 \ f r 3, h \ 1 •v \ 4 1 r e \ 5» ZQOďwoveomtmbOB tes sse m íso Obr. 3.19. Závislost koeficientu rozpustnosti r na teplotě T (podle Waldschmidta. 1954; Dushmana a Laffertyho, 1962; Moorea a Unterwalda, 1964; Rogersc, 1954; Leibyho a Chena, 1960; Eschbacha, 1960; Barrera, 1961) [ /cm3 (norm)Yl Plyny i 4 - H2- Ti; 5 - H3-»Cu;6 9 - N; -» Mo Plyny sfc/e- ► W; H, -> nerezavějící ocel; 7 - N, ~M0;3 - H, -» Pd; . Fe:8- N, ->W: r /cm (norm)\ 1 _ H, — SiO,, 12 - H, -> sklo 12; CH Vcn7Pa°A! " „, i, m H -sklo 14 -H- H,-sklol5;/6-He-sklol6(vycor); Í3 - H, -> sk o 13; 14 - H2 - ikio ít. i. 'i ,7-H - .klo !6(vycor);/K - He-. sklo 17 (pyrex7740)