УДК 544 КАЛАЖОКОВ Х.Х., ПОНОМАРЕНКО Н.С.,
КАЛАЖОКОВ З.Х. (мл.), ХОКОНОВ Х.Б.

КИНЕТИКА АДСОРБЦИИ МОЛЕКУЛ ОСТАТОЧНОГО ГАЗА НА
ПОВЕРХНОСТИ МЕТАЛЛОВ В ОТПАЯННЫХ ОТ
НАСОСОВ ПРИБОРАХ

Кабардино-Балкарский государственный университет,
360004, Россия, г. Нальчик, ул. Чернышевского 173, КФТТ

В настоящем сообщении сделана попытка оценить через
коэффициент покрытия поверхности молекулами влияние газовой фазы
(ГФ) на определяемые параметры поверхности в отпаянных от насосов
приборах.
Для описания взаимодействия чистой поверхности с ГФ
воспользуемся уравнением [1]
d

=S bp(1-(t))-(t) .
(1)
0
dt
Параметры S0, b, p и (t) имеют тот же смысл, что и в [1].

Известно решение (1) при р=сonst, [1] которое соответствует
работающим насосам, поддерживающим давление ГФ в камере
постоянным. В рассматриваемом случае, когда насосы отсечены, давление
ГФ в камере будет изменяться со временем р=р(t) из-за сорбции газа
образованной в камере (или внесенной в нее) поверхностью металла.
Изменение давление р(t) определим в виде
N A




0S
0
p(t)=p 1-
(t)
0
.
(2)
N

0

Здесь р0-начальное давление газа в камере, N0S-концентрация
адсорбированных частиц (молекул, атомов) на поверхности, А0-площадь
чистой поверхности металла, N0-общее количество газовых молекул в
камере в момент образования (внесения) чистой поверхности.

Подставив (2) в (1) и решая полученное уравнение с учетом, что в
начале процесса (t=0) p=p0 и =0, получим для коэффициента заполнения








t
t
(t) =
2 1- exp -

exp



, (3)

-

-


p


p

где = b* - b*2 - 4 ,
= b* + b*2 - 4 ,
*
b =-(1++1/S bp ) ,
0
0
=N0SkTA0/p0.

Параметр процесса р определяется формулой
= (
*2
S bp
b -4 .
(4)
p
0
0
)
Нами сделан расчет кинетики заполнения поверхности жидкого
олова кислородом при начальном давлении газа р0=1·10-2 Па, в объеме
V=1л, температуре Т=525К и теплоте адсорбции Н≈90 кДж/моль [2]. На
рис. 1 представлены зависимости равновесного коэффициента заполнения
S от времени адсорбции t и от порядкового номера n образованной
поверхности. На рис. 2 представлены кривые изменения S и р от n
внесенной (образованной) поверхности.



Рис.1.Зависимость коэффициента Рис.2. Изменение давления газовой
заполнения (t) от времени и
фазы в камере ( o) и равновесного
порядкового номера
коэффициента заполнения S ( · )
образованной поверхности
свежеобразованной поверхности от
0- p = const; 1-6- p const
порядкового номера n образования

последней


Из результатов расчета (t) видно, что адсорбционная релаксация
чистой поверхности с ГФ происходит достаточно быстро за 0,1÷0,2
секунды. При р=const (0-кривая) величина S значительна (0,6), при р=p(t)
(1-кривая, S=0,46). Величина S становится не значительным уже после
шестой или седьмой образованной поверхности. Из данных рис. 2 (0-
точки) видим, что с образованием новой поверхности давление ГФ в
камере падает. Из формулы (4) видно, что время релаксации поверхности
тем больше, чем меньше начальное давление газовой фазы р0.

Таким
образом,
при
отмеченных
выше
условиях
свежеобразованная поверхность металла покрывается молекулами ОГ

значительным слоем и достаточно быстро. Полагаем, что с этим связан
разброс экспериментальных данных по измерению поверхностного
натяжения [3]. Действительно, при измерении ПН методом большой
капли может быть образована одна капля при переливании металла или
последовательно несколько капель как в описанном выше случае.
Величина S для них будет разной, а следовательно и определяемые
значения ПН будут разными. Для оценки соответствующих значений ПН
воспользуемся формулой
=0 - R T Гр S

(5)
Величина 0-ПН чистой поверхности. Для олова 0=620 мН/м [3].
S-равновесное покрытие поверхности олова молекулами кислорода в
зависимости от порядкового номера образованной поверхности n. Гр-
максимальная адсорбция молекул на поверхности олова. Оценочные
результаты расчета по (5) приведены в таблице.
Таблица
Зависимость ПН от порядкового номера n образованной капли олова
n
0 1 2 3 4 5 6..
чист.
пов-сть
, мН/м 563 577 592 604 613 617 619 620


Как видим из данных таблицы, значение при n=0 ближе к
общепринятым значениям ПН для олова. С увеличением n давление в
камере уменьшается, а значение ПН приближается к значению ПН, для
чистой поверхности полученному в современных установках при контроле
ее чистоты электронным спектрометром [3].

1. З.Х. Калажоков, Х.Х. Калажоков, Н.А. Литвиненко, Х.Б. Хоконов
Влияние остаточной газовой фазы на температурную зависимость
поверхностного натяжения чистых металлов //Теплофизические
свойства веществ. Труды международного семинара. Нальчик.
2001. С. 175-179.
2. З.Х. Калажоков Кинетика адсорбции компонентов из газовой
фазы на свободной поверхности р-металлов //Дисс. на соиск. уч.
степени кандидата физико-математических наук. Нальчик: КБГУ.
2003. 154с.
3.
Х.Х. Калажоков, З.Х. Калажоков О поверхностном натяжении
чистых металлов. //Металлы. 2000. 4. С.21-22.


Document Outline