пятница, 10 декабря 2010 г.

Час адсорбції

Cили зв'язку ми розглядали тому, що вони визначають, як довго газова молекула може утримуватись на поверхні того чи іншого типу. Для характеристики цього вводиться поняття середнього часу життя молекул в адсорбованому стані, котре показує, через який в середньому час молекула випаровуватиметься з поверхні.
Чим, однак, викликане те, що після тисячі або мільярда коливань разом з атомами твердого тіла молекула раптом знову зривається з поверхні?
Виявляється, що серед атомів твердого тіла завжди є деяка частина таких, які коливаються енергійніше, ніж інші. Не треба думати, що це весь час одні і ті ж атоми. Час від часу придбати підвищену енергію має шанс будь-який атом твердого тіла, в тому числі і такий, що сидить на його поверхні. До речі, як в газі існує деякий розподіл молекул за швидкостями (і тим самим за кінетичними енергіями), так і в твердому тілі існує розподіл атомів за коливальними енергіями. Чим вища температура, тим більша частина атомів має підвищену енергію і тим частіше її одержуватиме будь-який вибраний атом. Отже, коли адсорбована молекула дістає енергію, що перевищує енергію її зв'язку з поверхнею, вона випаровується з поверхні. Це станеться тим швидше, чим менша енергія зв'язку і чим вища температура тіла.
Назвемо кілька типових цифр. Якщо атом зв'язаний з поверхнею силами Ван дер Ваальса (таку адсорбцію називають звичайно фізичною), то середній час життя його на поверхні при кімнатній температурі становить приблизно 100псек. Це означає, що адсорбований атом здійснить разом з поверхневими атомами близько 1000 коливань, після чого випарується. Типовий приклад — адсорбція інертних газів на різних поверхнях. При охолодженні поверхні рідким азотом (температура 77° К) час життя буде вже дуже великим — 0,01 —1 сек., тому що при цьому атоми вже значно рідше дістають енергію, необхідну для випаровування. Атоми ж, зв'язані з поверхнею обмінними силами (цей випадок називають хемосорбцією), живуть на поверхні незрівнянно довше, наприклад, при кімнатній температурі — тижні або роки. У випадку ж, коли зв'язок атома з поверхнею особливо міцний (як, наприклад, при адсорбції кисню на різних металах), розрахунковий середній час життя становить багато століть, тобто практично частинка живе на поверхні «вічно».
Досі ми говорили про випаровування атомів. Крім того, адсорбовані атоми можуть, не відриваючись від поверхні, переміщуватися вздовж неї, або, як кажуть, мігрувати. Справді, атом звичайно займає поглиблення (або ямку), яке існує між стиковими поверхневими атомами. Час від часу адсорбований атом дістає достатню енергію, щоб перестрибнути з даної ямки в сусідню і, таким чином, мандрувати по поверхні.

Були використані роботи А.Г.Наумовця, академіка НАН України