§ 2.1.1. Энергия взаимодействия
По мере снижения рабочего давления роль поверхностных явлений при получении и измерении вакуума непрерывно возрастает. Развитие откачных устройств и повышение точности измерений давления в области сверхвысокого вакуума невозможны без изучения сорбционных процессов на границе газ — твердое тело.
Процесс поглощения газов или паров твердыми телами независимо от того, происходит он на поверхности или в объеме твердого тела, называется сорбцией, а процесс поглощения газов на поверхности твердых тел — адсорбцией. Различают физическую адсорбцию и хемосорбцию. Энергия взаимодействия молекул газа с поверхностью при физической адсорбции значительно меньше, чем при хемосорбции. Абсорбция — это поглощение газов в объеме твердых тел. В процессе абсорбции происходит растворение газа в объеме твердого тела.Вещество, поглощающее газ, называется сорбентом (адсорбентом, абсорбентом), а поглощаемое вещество — сорбатом (адсорбатом, абсорбатом). Выделение газов из твердого тела называется десорбцией.
Сорбция — процесс экзотермический. При поглощении молекул газа выделяется энергия сорбционного взаимодействия, имеющая физическую и химическую природу.
Физическая составляющая энергии взаимодействия определяется несколькими эффектами, обеспечивающими притяжение и отталкивание молекул.
Индукционный эффект притяжения при взаимодействии постоянного и индуцированного диполей имеет место, когда хотя бы одна из взаимодействующих молекул обладает постоянным дипольным моментом.
Ориентационный эффект притяжения наблюдается для двух вращающихся молекул с постоянными дипольными моментами.
Дисперсионный эффект притяжения объясняется взаимодействием флуктуирующих диполей, которые создаются электронами, вращающимися вокруг ядра.
Энергию притяжения при физическом взаимодействии можно рассчитать по формуле:
где r— расстояние между молекулами; \iQ — дипольный момент молекулы; ао — поляризуемость; I — потенциал ионизации.
Порядок слагаемых в (2.1) соответствует последовательно энергии притяжения индукционного, ориентационного и дисперсионного эффектов взаимодействия. Величины этих эффектов для двух одинаковых молекул представлены в табл. 2.1.
Для полярных молекул Н2О и NНз существенную часть всей энергии взаимодействия составляет ориентационный эффект. Неполярные молекулы взаимодействуют только за счет дисперсионного эффекта, возрастающего с увеличением атомного числа. Индукционный эффект мал для всех рассматриваемых молекул.
Энергия притяжения при физическом взаимодействии обратно пропорциональна шестой степени расстояния между взаимодействующими молекулами.
© 2008 - 2024 «Тула-Терм»
