Langmuir (birim) - Langmuir (unit)

Langmuir (sembol: L) bir maruziyet (veya doz) birimidir. yüzey (Örneğin. bir kristal ) ve kullanılır ultra yüksek vakum (UHV) yüzey fiziği incelemek adsorpsiyon nın-nin gazlar. Pratik bir birimdir ve boyutsal olarak homojen ve bu nedenle yalnızca bu alanda kullanılır. Amerikalı fizikçinin adını almıştır. Irving Langmuir.

Tanım

Langmuir, çarpılarak tanımlanır. basınç Maruz kalma zamanına kadar gazın Bir langmuir, 10'luk bir pozlamaya karşılık gelir⁻⁶ Torr bir sırasında ikinci.^[1][2] Örneğin, bir yüzeyin 10 ° C gaz basıncına maruz bırakılması⁻⁸ 100 saniye için Torr, 1 L'ye karşılık gelir, benzer şekilde oksijen gazının basıncını 2,5 · 10'da tutar.⁻⁶ 40 saniye Torr, 100 L'lik bir doz verecektir.

Türetme

Yüzey fiziğinde bir yüzeyin maruz kalması, bir tür akıcılık, bu sayı akısının integralidir (J_N) maruz kalma süresine göre (t) birim alan başına bir dizi parçacık vermek için (Φ):

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

İdeal bir gaz için sayı akısı, yani birim zamanda birim alanın bir yüzeyinden (tek bir yönde) geçen gaz moleküllerinin sayısı, aşağıdaki değerlerden türetilebilir: Kinetik teori:^[3]

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

nerede C ... sayı yoğunluğu gazın ve ${ displaystyle { bar {u}}}$ moleküllerin ortalama hızıdır (değil kök ortalama kare hızı, ancak ikisi birbiriyle ilişkili olsa da). İdeal bir gazın sayı yoğunluğu, termodinamik sıcaklık (T) ve baskı (p):

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

Gaz moleküllerinin ortalama hızı da kinetik teoriden türetilebilir:^[4]

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

nerede m bir gaz molekülünün kütlesidir. Bu nedenle

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

orantılılık sayı akısı ve basınç arasında yalnızca belirli bir sıcaklık ve belirli bir sıcaklık için kesinlikle geçerlidir. moleküler kütle adsorbe edici gaz. Bununla birlikte, bağımlılık sadece kareköklerindedir. m ve T. Gaz adsorpsiyon deneyleri tipik olarak ortam sıcaklığında hafif gazlarla çalışır ve bu nedenle langmuir pratik bir birim olarak kullanışlı kalır.

Kullanım

Varsayalım ki her gaz molekül yüzeye vurmak ona yapışır (yani, yapışma katsayısı 1), bir langmuir (1 L) yaklaşık bir kapsama sağlar tek tabakalı yüzeyde adsorbe edilmiş gaz moleküllerinin oranı^{[kaynak belirtilmeli ]}. Genel olarak yapışma katsayısı bağlı olarak değişir tepkisellik yüzeyin ve moleküllerin, böylece langmuir bir yüzeyi tamamen kaplamak için ihtiyaç duyduğu sürenin alt sınırını verir.

Bu aynı zamanda çalışmak için neden ultra yüksek vakumun (UHV) kullanılması gerektiğini de göstermektedir. katı hal yüzeyler nano yapılar hatta tek moleküller. Gerçekleştirmek için tipik zaman fiziksel deneyler numune yüzeylerinde bir ila birkaç saat arasındadır. Yüzeyi temiz tutmak için kontaminasyonlar UHV haznesindeki artık gazın basıncı 10'un altında olmalıdır⁻¹⁰ Torr.

Referanslar

• Lueth, H. (1997), Katı Malzemelerin Yüzeyleri ve Arayüzleri (3. baskı), Springer.