9. Время адсорбции.

Минимальным временем адсорбции можно считать период колебания молекулы в потенциальной яме, это время можно считать примерно одинаковым для всех молекул газа τ₀=10^-3 с.

Время адсорбции определяется теплотой адсорбации и определяется:

, (2.3)

здесь – теплота адсорбции.

Время адсорбции основных составляющих воздуха, при комнатной температуре 10^-10с, а при 1 секунда.

Для паров воды и масел τ_а≈10² при Т=293К и τ_а≈10⁴³ при Т=77К.

Для гелия (He) даже при 77К τ_а близко к минимальной (10^-13). Поглощение его на гладких поверхностях становится заметным при Т<4K.

Для хемосорбции при теплотах более 100·10⁶ Дж/кмоль, время адсорбции настолько велико, что адсорбционные процессы становятся необратимыми при комнатной температуре, при изменении давления газа над поверхностью адсорбента. Вернуть систему в первоначальное состояние можно лишь повышением температуры.

При физической адсорбции τ_а мало и наблюдается обратимость количества поглощенного газа в зависимости от давления в фазе. Время перехода молекул на поверхности из одной потенциальной ямы в другую, называется временем миграции и определяется:

(2.4)

Для больших τ_М, молекулы газа локализованы и не перемещаются по поверхности тела. Число скачков, которые совершит молекула за время адсорбции

Средний путь

, (2.5),

где А – постоянная решетки.

За время адсорбции молекула газа, имеющая Q_a=80·10⁶ Дж/кмоль при Т=293 К, по поверхности тела с идеальной кубической решеткой, т. е. А=0,5; Z=0,5 Нм, совершит N_M=2.5·10⁷ скачков и пройдет L_M=1,25 см.

При наличии дефектов поверхности путь может быть существенно длинее.

9. Конденсация и испарение.

Вещества в зависимости от температуры и давления могут находится в различных агрегатных состояниях. В вакуумной технике могут происходить процессы конденсации, испарения, сублимации и десублимации. Кривая давления насыщенного пара при давлении меньше 100 Па, может быть описана уравнением

, (2.6)

где Р_Т – давление насыщенного пара при температуре Т; M и N – константы, зависящие от рода вещества.

Достаточно точные значения давления паров различных веществ определены экспериментально, сведены в различные справочники, включая полимеры и т. д.

Давление насыщенных паров, сплавов, приближенно определяется законом Рауля

, (2.7)

где Р_А – давление насыщенных паров вещества А; Р_АS – давление насыщенных паров вещества В, является растворителем вещества А; n_A и n_B – количество молей веществ А и В в растворе.

Массовый поток газа, падающий на единицу поверхности в единицу времени равен

(2.8).

Скорость конденсации

, (2.9),

здесь γ – вероятность конденсации молекулы газа.

Если известна теплота адсорбции φ_а молекулы на поверхности твердого тела, то коэффициент γ определяется как доля молекул, которых ниже φ_а.

Используя интегральное распределение молекул по энергиям можно записать

; (2.10).

.

При давлении насыщенного пара на поверхности существует динамическое равновесие процессов конденсации и испарения, т.е. скорости конденсации и скорости испарения одинаковы:

. (2.11)

Массообмен на поверхности определяется уравнением баланса

,

где при P>P_T – конденсация; при P<P_T – испарение.

Процессы сублимации и десублимации описываются аналогичными выражениями. Конденсация тепла идет с выделением теплоты. Теплоту конденсации можно определить по уравнению

(2.12)

При изучении молекулярных потоков в высоком вакууме важно знать направление испаряющихся молекул, его можно определить по уравнению

, (2.13)

где γ – угол; ξ – заданная доля молекулярного потока.