4.E: UHV y Efectos de la Presión de Gas (Ejercicios)

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En esta sección se proporciona un número limitado de ejemplos de la aplicación de las fórmulas dadas en el apartado anterior para determinar los siguientes:

Densidad de Moléculas en Fase Gaseosa
Ruta Libre Media de Moléculas en la Fase Gaseosa
Flujo de Moléculas Incidentes sobre una Superficie
Tasa de Adsorción de Moléculas y Coberturas Superficiales

Si aún no has pasado por la Sección 4.2 entonces te sugeriría que te detengas ahora y regreses a esta página ¡solo después de que lo hayas hecho!

Dentro de cualquiera de las siguientes subsecciones, se asumirá que ya ha hecho las preguntas anteriores y puede hacer uso de las respuestas de estas preguntas; por lo tanto, se le aconseja que trabaje a través de las preguntas en el orden en que se presenten.

A. Densidades moleculares de gases

Calcule la densidad molecular del gas para un gas ideal a 300 K, bajo las siguientes condiciones (dando su respuesta en moléculas m ^-3):

	A una presión de 10 ^-6 Torr
	A una presión de 10 ^-9 Torr

B. Vía Libre Media de Moléculas en la Fase Gaseosa

Calcular la trayectoria libre media de las moléculas de CO en un recipiente a la presión y temperatura indicadas, utilizando un valor para la sección transversal de colisión de CO de 0.42 nm ².

	P = 10 ^-4 Torr, a 300 K
	P = 10 ^-9 Torr, a 300 K

C. Flujos de Moléculas Incidentes en una Superficie

Calcular el flujo de moléculas que inciden sobre una superficie sólida bajo las siguientes condiciones:
[Nota - 1 u = 1.66 x ^10-27 kg: masas atómicas; m (O) =16.0 u, m (H) = 1.0 u]

	Oxígeno gaseoso (P = 1 Torr) a 300 K
	Oxígeno gaseoso (P = 10 ^-6 Torr) a 300 K
	Gas hidrógeno (P = 10 ^-6 Torr) a 300 K
	Gas hidrógeno (P = 10 ^-6 Torr) a 1000 K

D. La absorción cinéticamente limitada de moléculas en una superficie

La velocidad de adsorción de moléculas sobre una superficie se puede determinar a partir del flujo de moléculas que inciden en la superficie y la probabilidad de adhesión perteneciente a ese instante en el tiempo (tenga en cuenta que en general la probabilidad de adhesión en sí dependerá de una serie de factores, incluida la cobertura existente de especies adsorbidas).

En los siguientes ejemplos asumiremos que la superficie está inicialmente limpia (es decir, la cobertura inicial es cero), y que no hay desorción de las moléculas una vez que se han adsorbido. Debe determinar las coberturas como la relación entre la concentración de adsorbato y la densidad de los átomos del sustrato superficial (que puede suponer que es de 10 ¹⁹ m ^-2). En las dos primeras preguntas asumiremos que la probabilidad de pegado es constante sobre el rango de cobertura en cuestión.

	Calcular la cobertura superficial obtenida después de la exposición a una presión de 10 ^-8 Torr de CO por 20 s a 300 K - puede tomar la probabilidad de pegado de CO en esta superficie para tener un valor constante de 0.9 hasta la cobertura en cuestión.
	Calcular la cobertura superficial del nitrógeno atómico obtenido por adsorción disociativa después de la exposición a una presión de 10 ^-8 Torr de gas nitrógeno durante 20 s a 300 K - puede tomar la probabilidad de adhesión disociativa del nitrógeno molecular en esta superficie para ser constante e igual a 0.1

En general, la probabilidad de adhesión varía con la cobertura; lo más obvio es que la probabilidad de adhesión debe tender a cero a medida que la cobertura se acerca a su valor de saturación. ¡Estos cálculos no son tan fáciles!

Calcular la cobertura superficial obtenida después de la exposición a una presión de 10 ^-8 Torr de CO por 200 s a 300 K - la probabilidad de adhesión de CO en este caso debe tomarse para variar linealmente con cobertura entre un valor de unidad a cobertura cero y un valor de cero en cobertura de saturación ( que debes tomar para ser 6.5 x 10 ¹⁸ moléculas m ^-2).