Langmuir (jednotka) - Langmuir (unit)

The langmuir (symbol: L) je jednotka expozice (nebo dávky) a povrch (např. a krystal ) a používá se v ultravysoké vakuum (UHV) fyzika povrchu studovat adsorpce z plyny. Je to praktická jednotka a není rozměrově homogenní, a tak se používá pouze v tomto jednom poli. Je pojmenována po americkém fyzikovi Irving Langmuir.

Definice

Langmuir je definován vynásobením tlak plynu v době expozice. Jeden langmuir odpovídá expozici 10⁻⁶ Torr během jednoho druhý.^[1][2] Například vystavení povrchu tlaku plynu 10⁻⁸ Torr po dobu 100 sekund odpovídá 1 litru. Podobně se udržuje tlak kyslíkového plynu na 2,5 · 10⁻⁶ Torr po dobu 40 sekund poskytne dávku 100 L.

Derivace

Vystavení povrchu ve fyzice povrchu je typem plynulost, to je integrál číselného toku (J_N) s ohledem na exponovaný čas (t) dát počet částic na jednotku plochy (Φ):

${ displaystyle Phi = int {J_ {N}} , { rm {d}} t.}$

Počet toků pro ideální plyn, tj. Počet molekul plynu procházejících (v jednom směru) povrchem jednotkové plochy v jednotkovém čase, lze odvodit z kinetická teorie:^[3]

${ displaystyle J_ {N} = { frac {C { bar {u}}} {4}},}$

kde C je hustota čísel plynu a ${ displaystyle { bar {u}}}$ je střední rychlost molekul (ne rychlost odmocniny - střední mocnina, i když oba spolu souvisejí). Hustota počtu ideálního plynu závisí na termodynamická teplota (T) a tlak (p):

${ displaystyle C = { frac {N} {V}} = { frac {p} {kT}}.}$

Střední rychlost molekul plynu lze odvodit také z kinetické teorie:^[4]

${ displaystyle { bar {u}} = { sqrt { frac {8kT} { pi m}}},}$

kde m je hmotnost molekuly plynu. Proto

${ displaystyle J_ {N} = { frac {C { bar {u}}} {4}} = p { sqrt { frac {1} {2 pi kTm}}}}$

The proporcionalita mezi číselným tokem a tlakem platí pouze přísně pro danou teplotu a danou hodnotu molekulová hmotnost adsorpčního plynu. Závislost je však pouze na druhé odmocnině z m a T. Experimenty s adsorpcí plynu obvykle fungují kolem teploty okolí se světelnými plyny, a proto langmuir zůstává užitečný jako praktická jednotka.

Používání

Za předpokladu, že každý plyn molekula zasažení povrchu se na něj přilepí (tj koeficient slepení je 1), jeden langmuir (1 L) vede k pokrytí asi jednoho jednovrstvá adsorbovaných molekul plynu na povrchu^{[Citace je zapotřebí ]}. Obecně platí, že koeficient slepení se liší v závislosti na reaktivita povrchu a molekul, takže langmuir dává spodní hranici času, který potřebuje k úplnému pokrytí povrchu.

To také ilustruje, proč ke studiu musí být použito ultravysoké vakuum (UHV) pevné skupenství povrchy, nanostruktury nebo dokonce jednotlivé molekuly. Typický čas na vystoupení fyzikální experimenty na povrchu vzorku je v rozmezí od jedné do několika hodin. Aby byl povrch volný znečištění, tlak zbytkového plynu v UHV komoře by měl být nižší než 10⁻¹⁰ Torr.

Reference

• Lueth, H. (1997), Povrchy a rozhraní pevných materiálů (3. vyd.), Springer.