Počet atomů a molekul v monomolekulární vrstvě ů je stupeň pokrytí /Vi Ů = -i- /Vi = tf/Vlp 'Vlp i/i = -ni/a 4 7 je koeficient ulpení 1 P l8kNa HT _ rÄ/T P7 4ÄTV vr V/WÔ ~ \2k^^/W^ V\ef Na P1 2kTT^fTM~Q počet molekul, které ulpí na jednotce povrchu za ls Adsorpční proud a rychlost / = kTvx adsorpční proud na plochu A: Nak I T adsorpční rychlost s = -p=y*ryw0"fA 4 □ ► 4 (5? ► 4 Doba pobytu molekuly na povrchu t p = tpoexp Wdes - vazbová energie (desorpční energie) Jmol 1 R = 8314 Jmol-1 K'1 Ts - teplota povrchu tpo ~ nejmenší možná doba pobytu molekuly na povrchu, závisí na druhu molekul a vlastnostech povrchu i na teplotě povrchu, může mít hodnoty z intervalu 1CT13 - lCT4s inertní plyny na grafitu ~ 8 x 10~13s inertní plyny na skle ~ 0.2 x 10~13s Souvislost doby pobytu molekul na povrchu s tlakem Dva mezní případy: • 7~s = O K, P =0 Pa, žádné volné molekuly, doba pobytu nekonečně velká • 7~s 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 monomolekulárn vrstvou _ A/ip pro orientační výpočty Nip = 0.5 x 10 cm Pro MQ = 30, T = 300 K, 7 = 0.5, P = 10~10 Pa je doba pokrytí tp = 1.14 x 108 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 techniku: • odplyňování - vysoká teplota • udržení nízkého tlaku - nízká teplota Počet desorbovaných molekul plynu d N N N f Hdes\ = — = — = —exp-- dr tp Tpo V R1~s J Rovnováha mezi adsorpcí a desorpcí V\ads — ^ldes A/a Pl = A/l /_H^ 2/ctt pu /7ŤWÔ V ^ 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 T"= ~r = 7f dP PV = VT— = Wvyp Tlak nasycených par stavová rovnice pro plyn V = Rí w _RT2dP dP_Wvy WvyP ~ R-p-ďf ^~p- -Řf2dT ,nP = _^L+konst R T InP = A- ^- I s o o ( w*yp P = PQexply-— Pq je tlak nasycené páry pro T —¥ oo Tenze vodní páry a Hg: T[K] PHg [Pa] 90 ío-20 io-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 ÍO"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. f6450 19 / 23 Plyny v pevných látkách • atomární stav (O2, H2, A/2 v kovech a polovodičích) • molekulární stav (O2, H2, A/2 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 = riP Pro dvouatomární molekulární plyny v kovech, když nastává disociace molekul, pak platí Sievertsův zákon v obecném případě nu , 1 1 ( Har nr = rP , u = 1, -, -,r = r0exp 2' 3 V RT< 4 (5 ► 4 > 4 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! " 1,1 „,/ H -sklo 14-n- H,-sklol5;/6-He->sklol6(vycor); 11 - H, -> sk o 13; N - Hl - iluo t*. i- •! ,7-H - .klo !6(vycor);/K - He-. sklo 17 (pyrex7740)