물리,화학흡착의 비교 및 흡착식에 대한 설명

본문내용

차수나 속도 계수의 개념을 표면 현상에 그대로 적용시키는 것도 대단히 위험하다. 엄밀하게 1차나 2차의 탈착 과정은 거의 존재하지 않는다.
이러한 복잡한 문제들만 아니라면 표면을 일련의 온도로 유지시키면서 압력 증가 속도를 모니터한 다음 그 속도 계수를 1/T에 대해서 도시하여(Arrhenius 도시) 쉽게 탈착의 활성화 에너지를 구할 수 있을 것이다. 그러나 이것을 구하는 보다 더 정교한 방법은 섬광 탈착 스펙트럼을 이용하는 것이다. 여기서는 실험 용기를 진공 펌프에 연결시킨 다음 가열을 해주는데, 탈착 활성화 에너지를 이겨내는 점까지 온도를 높여주면 압력이 갑자기 뛰어오르게 된다. 그러나 일단 탈착이 일어나고 표면으로부터 더 이상 떨어져 나올 것이 없게 되면 온도를 계속해서 올려주더라도 압력이 다시 내려가게 된다. 따라서 활성화 에너지가 상이한 자리가 여럿 있을 때는 압력을 온도에 대해서 도시한 섬광 탈착 스펙트럼 상에 여러개의 봉우리가 나타나게 된다.
- 표면에서의 이동도
흡착질 분자와 기질 사이의 상호 작용 세기가 나타내는 또 하나의 특징은 흡착질 분자의 이동도이다. 흡착종들의 이동은 특히 촉매 기능에 결정적인 역할을 한다. 만일 반응 분자들이 표면에서 이동할 수 없을 정도로 너무 세게 흡착되어 있으면 촉매 작용이 나타날 수 없을 것이다. 표면에서의 이동은 표면으로부터 흡착 분자가 완전히 떨어져 나가는 것이 아니고 퍼텐셜 에너지 봉우리 사이의 골짜기를 따라 이동하는 것이기 때문에 표면 확산 활성화 에너지는 탈착 활성화 에너지와 같이 크지 않다. 일반적으로 이 확산 활성화 에너지는 표현-흡착질 결합 에너지의 약 10~20％이지만 표면 덮임율에 의존한다. 뿐만 아니라 테라스 위의 빈 격자 자리에 붙들릴 수도 있으므로 확산 윤동은 표면의 결합 구조하고도 밀접한 관계가 있다. 또 확산은 결정면에 따라서도 상이할 수 있으므로 표면에서의 분자 이동도는 어떤 격자면이 표면에 노출되는가에 따라서도 다를 수 있다.
표면에서의 확산 특성을 알아내는 데는 다음과 같은 FIM을 사용하는 대단히 정교한 두 가지 방법이 이용되고 있다. 그 한 방법에서는 흡착질을 대단히 낮은 온도에서 표면 원자들 위에 흡착시키고, 온도를 올리면서 그 전후의 FIM 영상을 찍으며, 그리하여 상이한 속도로 흘러가는 흡착질의 계면의 이동을 모니터한다. 또 한 가지 방법은 첫 번째 것을 개량한 것인데, 여기서는 개개 원자의 영상을 찍는다. 그리고 온도를 올렸다가 일정한 시간 간격에 따라 다시 내리면서 새 영상을 찍어 원자의 새 위치를 결정한다. 이러한 시간을 차례로 찍어 본 결과에 의하면 원자들은 표면상에서 멋대로 걷기 운동을 한다. 그러면 시간 τ사이에 이동한 평균 거리 d를 알 수 있고 따라서 2차원 멋대로 걷기 운동식 d (Dτ)1/2을 이용하여 확산 계수 D를 구할 수 있다. 이러한 방법을 이용하여 여러 상이한 결정면에서의 D값들을 여러 온도에서 측정할 수 있고 그리하여 다음과 같은 Arrhenuis 식으로부터 각 결정면에서의 확산 활성화 에너지를 구할 수 있다.

키워드

흡착,   흡착률,   물리흡착,   화학흡착,   등온흡착식,   점착 확률,   흐름법,   Langmuir