Lektsia5 (1074288)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Э. БАУМАНАТитулКурс лекций:ФИЗИКА ВАКУУМАМихайлов Валерий ПавловичЛекция № 5Конденсация и испарениеВещества в зависимости от температуры идавления могут находиться в различных агрегатныхсостояниях. Для вакуумной техники наибольшийинтерес представляет область низких давлений, вкоторой возможны процессы перехода из парообразногосостояния в жидкое (конденсация) и обратный процесс(испарение), из парообразного состояния в твёрдое(десублимация) и обратный процесс (сублимация).Диаграмма агрегатного состояния вещества:I – жидкость; II – твёрдое тело; III – пар; IV – газTкр - критическая температура; параметры тройной точки Tв и РвКривую abc, определяющую давление насыщенного парапри давлениях, меньших 100 Па, можно описать приближённымуравнениемгде pT – давление насыщенного пара при температуре T;M и N – константы, зависящие от рода вещества.Константы M и N , зависящие от рода веществаЗависимость давления насыщенных паров различныхвеществ от температурыСорбция газов твёрдыми теламиСуществует несколько механизмов поглощения газовтвёрдым телом:1.

Физическая адсорбция – процесс связывания молекул газов споверхностьютвёрдоготела,определяемыйсиламивзаимодействия Ван-дер-Ваальса.2. Химическая адсорбция – процесс связывания молекул газов споверхностью твёрдого тела, определяемый возникновениемхимических ковалентных или ионных связей.3. Абсорбция – процесс поглощения газов в объёме твёрдого тела.Как правило, одновременно протекающие процессыадсорбции и абсорбции трудно разделить, поэтому было введенообщее понятие сорбции (МакБайн, 1909 г.).Процесс, обратный процессу сорбции, т.е. процессвыделения газов из твёрдого тела (с поверхности и из объёма),называется десорбцией.Сорбция – процесс экзотермический. При поглощениимолекул газа выделяется энергия сорбционного взаимодействия,имеющая как физическую, так и химическую природу.Соответственно, для удаления молекул газа необходимо даннуюэнергию приложить.Сорбат – сорбированное вещество (газ или жидкость).Сорбент – вещество, сорбирующее газ (или жидкость).Энергию притяжения при физическом взаимодействииможно рассчитать по формуле:гдеr – расстояние между молекулами;μ0 – дипольный момент молекулы;α0 – поляризуемость;J – потенциал ионизации.При химическом взаимодействии энергия притяжения Qxобъясняется возникновением ковалентной или ионной связи.Отталкивание объясняется взаимодействием положительнозаряженныхядерсближающихсямолекул.Энергияотталкивания обратно пропорциональна двенадцатой степенирасстояния между молекулами:где В – коэффициент пропорциональности.С учётом всех эффектов энергию взаимодействия междудвумя молекулами можно записать в следующем виде:При Q = 0 наблюдается положение равновесия, прикотором энергии притяжения и отталкивания одинаковы.Потенциальная энергия взаимодействия многоатомныхмолекул с поверхностью твёрдого тела:1 – для хемосорбции; 2 – для физической адсорбцииСприближениемоказываетсявпервойкповерхностипотенциальноймолекулаяме.сначалаПриэтомнаблюдается физическая адсорбция.

Молекула с кинетическойэнергией kT/2 будет колебаться внутри потенциальной ямымежду rф1 и rф2.Если энергия молекулы более φф + φакт, то многоатомнаямолекула диссоциирует на атомы, которые могут химическивзаимодействовать с поверхностью. При этом атомы попадают вовторую потенциальную яму и колеблются в ней между rх1 и rх2.Следующим этапом является абсорбция – процесспоглощения, при котором хемосорбированные атомы газапереходят в кристаллическую решётку твёрдого тела.Десорбция наблюдается в обратном порядке. Атомы газаиз твёрдого тела переходят в хемосорбированное состояние,откуда они могут покинуть поверхность при достаточной энергииДля удаления молекул, находящихсяпотенциальной яме, должно соблюдаться условие:впервойВремя адсорбцииМинимальным временем адсорбции можно считатьпериод колебания молекулы в потенциальной яме.

Этовремя τ0=10-13 c можно считать приблизительно одинаковымдля всех молекул газа. Время адсорбции определяетсяэнергией (теплотой адсорбции) и может быть рассчитанопо формуле Френкеля:где Qa – энергия (теплота) адсорбции.Время адсорбции основных составляющих воздуха (Qa =20·106 Дж/кмоль) при комнатной температуре составляетпорядка 10-10 с, а при температуре жидкого азота порядка 1 с.Для паров воды и масел теплота физической адсорбциипорядка 80·106 Дж/кмоль, что соответствует времени адсорбции102 с при T = 293 K и 1043 с при T = 77 K.Гелий имеет теплоту адсорбции 2·106 Дж/кмоль, а время егоадсорбции даже при T = 77 K близко к минимальному 10-13 с.Поглощениегелиянагладкихзаметным только при T < 4 K.поверхностяхстановитсяВ зависимости от вида поверхности (плоскаяповерхность, поры, щели) и от характера взаимодействиясуществуют выражения (изотермы адсорбции), позволяющиеопределять количество сорбированного на поверхности газа илипара при данной температуре.Закон Генри представляет прямо-пропорциональнуюзависимость количества сорбированного газа G от давления газаP над поверхностью (закон описывает поведение сорбата принизких давлениях газов).

Количество сорбированного газавыражается через коэффициент покрытия Θ (количествомонослоев сорбата на поверхности):Θ =G/Gm= b P,гдеGm – количество газа в одном монослое, м3Па  м -2;G – количество сорбированного газа, м3  Па  м -2;b – коэффициент Генри, характеризующий емкостьсорбента при данной температуре, Па –1.Закон Генри (количество монослоев сорбата наповерхности)Коэффициент Генри, характеризующийсорбата при данной температуре, Па –1:bгдеN1емкость2 mkTα – коэффициент прилипания;N1П - количество “мест” для сорбции на единице площадиповерхности;m - масса молекулы;T - температура сорбента.Уравнение Ленгмюра описывает поведение сорбата(вплоть до образования монослоя) в более широком диапазонедавлений:Θ =G/Gm=bP1 b  PЗакон Ленгмюра (количество монослоев сорбата наповерхности)Коэффициент Генри в уравнениях Генри и Ленгмюраможет быть выражен в размерности представляющей объемсорбата, сорбируемого на 1 грамме сорбента.В этом случае уравнение Генри будет выглядеть так:G = PV = HTPGSгдеG = PV – общее количество газа, сорбированное насорбенте, м3  ПаHT – значение коэффициента Генри при даннойтемпературе, м3  г-1P - давление газа над сорбентом, ПаGS – вес сорбента, гНиже приводятся значения коэффициентов Генри дляразных сорбентов при комнатной температуре 293К итемпературе жидкого азота 77К.Значения коэффициентов ГенриСорбент Уголь активир.

Цеолит СаАКоэф. ГенриСКТ10-4H 293, м3г-12,510-3165,6H 77, м3г-1Цеолит Ag X310-25Уравнение полимолекулярной адсорбцииУравнение Брунауэра - Эммета – Тейлора или уравнениеБЭТ, описывающее поведение сорбата при давлениях, вплотьдо давления насыщающих паров сорбата:P ES  EL exp PLRTP P ES  EL (1  ) 1  (exp  1)  PL PL  RT гдеES - энергия сорбции газа на сорбенте, т.е. энергиясорбции первого монослоя, Дж  моль-1EL - теплота парообразования сорбата, т.е. энергия сорбциивторого и последующих слоев, Дж  моль-1P - давление газа (пара) над сорбентом, ПаPL - давление насыщающих паров сорбата, ПаT - температура поверхности, КМодель многослойной адсорбции.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций