Общие сведения о сорбции газов

Общие сведения о сорбции газов

1095
0

Процесс поглощения твердым телом или жидкостью различных веществ (газов, паров и растворов) из окружающей среды называется сорбцией. При взаимодействии газов с твердыми телами возможны два варианта: они поглощаются только их поверхностью – это явление называют адсорбцией – или, проникая внутрь, всем объемом. Вторая разновидность поглощения известна как абсорбция, которая разделяется на физическую и химическую (хемосорбция). Противоположный процесс, т. е. освобождение поглощенного твердым телом газа известен под именем десорбции. Сорбция газа может играть как положительную, так и отрицательную роль в вакуумной аппаратуре. Первая связана с использованием сорбции в вакуумных насосах для устранения газа. Негативное действие сорбции связано с „загрязнением” поверхностей, подвергающихся обработке, и необходимостью дополнительных затрат для удаления поглощенных газов.

При столкновении молекул газа с твердой плоскостью часть из них отскакивает, но преобладающее число молекул задерживается на ней в течение известного периода. Продолжительность жизни молекул зависит от многих факторов: от вида газа, от степени незапятнанности и естества самой поверхности, от ее температуры и энергии движения молекул, которая связана с температурой газа. После истечения срока жизни молекулы удаляются с поверхности. Численность молекул, сталкивающихся при определенной температуре газа с поверхностью, определяется давлением газа над ней. В результате этого в замкнутой области на поверхности твердого тела насыщенность газа характеризуется одинаковым количеством выделяющихся и соударяющихся с телом молекул.

Количество газа, поглощенное поверхностным слоем и отвечающее при неизменной температуре указанному динамическому равновесию, изображается изотермами адсорбции. На рис. 4-1 показаны адсорбционные кривые для двух случайно выбранных температур.

Изотермы адсорбции

Как видно из рисунка, увеличение давления ведет к увеличению сорбированного газа, причем между количеством поглощенного вещества при его низкой концентрации на поверхности и давлением наблюдается пропорциональная зависимость. Иными словами, с возрастанием температуры уравновешенность достигается при меньшем количестве поглощенного газа или при большем давлении.

Если температура поглощающей поверхности сильно понижается, наблюдается переход физической адсорбции в конденсацию и вымораживание газа, а при увеличении температуры газа и поверхности она для ряда веществ превращается в хемосорбцию. Качественная зависимость активности сорбции газа поверхностью твердого тела показана на рис. 4-2, с указанием и зон преобладающих явлений.

Зависимость количества газа, конденсированного или сорбированного на поверхности, в зависимости от температуры твердого тела

Для процессов конденсации и физической адсорбции характерна обратимость, т. е. физико-химические свойства поглощенного вещества не изменяются и оно выделяется в том же виде при десорбции. Период установления динамического равновесия между количествами газа в свободном и адсорбированном виде довольно краток. Толщина пленки поглощенного газа зависит от агрегатного состояния и естества поверхности и газа.

В отличие от физической, химическая адсорбция обыкновенно необратима. Для достижения равновесия при хемосорбции могут понадобиться несколько часов, а толщина поглощенного слоя газа обычно не превышает одного слоя молекул.

Для геттерных и геттерно-ионных насосов интересной является химическая адсорбция газа постоянно восстанавливаемой титановой пленкой. До момента насыщения пленки хемосорбция различных газов протекает почти независимо один от другого, но наличие сложных молекул углеводородов и паров воды значительно ухудшает поглощающую способность титановой пленки для других газов, т. е. наблюдается ее своеобразная „интоксикация“. Инертные газы поглощаются титаном в незначительной степени.

В вакуумных приборах для создания вакуума используются и конденсация, и физическая адсорбция и хемосорбция. В большинстве случаев они протекают в одно и то же время, но проявляются в различной степени.

НЕТ КОММЕНТАРИЕВ

ОТВЕТИТЬ