El langmuir (símbolo: L ) es una unidad de exposición (o dosificación) a una superficie ( por ejemplo, de un cristal ) y se utiliza en la física de superficies de ultra alto vacío (UHV) para estudiar la adsorción de gases . Es una unidad práctica y no es dimensionalmente homogénea , por lo que se usa solo en este campo. Lleva el nombre del físico estadounidense Irving Langmuir .
Definición
El langmuir se define multiplicando la presión del gas por el tiempo de exposición. Un langmuir corresponde a una exposición de 10 −6 Torr durante un segundo . [1] [2] Por ejemplo, exponer una superficie a una presión de gas de 10 −8 Torr durante 100 segundos corresponde a 1 L. De manera similar, mantener la presión del oxígeno gaseoso en 2,5 · 10 −6 Torr durante 40 segundos dará una dosis de 100 L.
Derivación
La exposición de una superficie en física de superficies es un tipo de fluencia , que es la integral del flujo numérico ( J N ) con respecto al tiempo de exposición ( t ) para dar un número de partículas por unidad de área ( Φ ):
El flujo numérico de un gas ideal, es decir, el número de moléculas de gas que atraviesan (en una sola dirección) una superficie de área unitaria en unidad de tiempo, se puede derivar de la teoría cinética : [3]
donde C es la densidad numérica del gas, yes la velocidad media de las moléculas ( no la velocidad cuadrática media, aunque las dos están relacionadas). La densidad numérica de un gas ideal depende de la temperatura termodinámica ( T ) y la presión ( p ):
La velocidad media de las moléculas de gas también se puede derivar de la teoría cinética: [4]
donde m es la masa de una molécula de gas. Por eso
La proporcionalidad entre el flujo numérico y la presión solo es estrictamente válida para una temperatura dada y una masa molecular dada de gas adsorbente. Sin embargo, la dependencia es sólo en las raíces cuadradas de m y t . Los experimentos de adsorción de gas normalmente operan alrededor de la temperatura ambiente con gases ligeros, por lo que el langmuir sigue siendo útil como unidad práctica.
Uso
Suponiendo que cada molécula de gas que golpea la superficie se adhiere a ella (es decir, el coeficiente de adherencia es 1), un langmuir (1 L) conduce a una cobertura de aproximadamente una monocapa de las moléculas de gas adsorbidas en la superficie [ cita requerida ] . En general, el coeficiente de adherencia varía en función de la reactividad de la superficie y las moléculas, por lo que el langmuir da un límite inferior del tiempo que necesita para cubrir completamente una superficie.
Esto también ilustra por qué se debe utilizar el vacío ultra alto (UHV) para estudiar superficies de estado sólido , nanoestructuras o incluso moléculas individuales. El tiempo típico para realizar experimentos físicos en superficies de muestra está en el rango de una a varias horas. Para mantener la superficie libre de contaminaciones , la presión del gas residual en una cámara de UHV debe estar por debajo de 10 −10 Torr.
Referencias
- Lueth, H. (1997), Superficies e interfaces de materiales sólidos (3a ed.), Springer.
- ^ Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (1993). Cantidades, unidades y símbolos en química física , 2ª edición, Oxford: Blackwell Science. ISBN 0-632-03583-8 . pag. 65. Versión electrónica.
- ^ Alpert, D. (1953). "Nuevos Desarrollos en la Producción y Medición de Ultra Alto Vacío". Revista de Física Aplicada . Publicación AIP. 24 (7): 860–876. doi : 10.1063 / 1.1721395 . ISSN 0021-8979 .
- ^ "Copia archivada" . Archivado desde el original el 28 de mayo de 2008 . Consultado el 10 de mayo de 2009 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ http://www.chem.arizona.edu/~salzmanr/480a/480ants/kmt3dpdf/kmt3dpdf.html