Галактионова Н.А. [4] высказывает доказанную точку зрения для систем водород – металл – высокие значения теплот активированной адсорбции подтверждают ту точку зрения, что во многих случаях адсорбции этого типа газ диссоциирует и атомы газа соединяются непосредственно с атомами металла на его поверхности.

Адсорбцию водорода никелем исследовали Бентон и Уайт, на которых ссылается Галактионова Н.А. [4]. Они нашли, что водород, адсорбированный никелем при 0ºС, не десорбируется при охлаждении до -180ºС. В данном случае имеет место дополнительная физическая адсорбция поверх слоя, хемосорбированного при 0ºС. При температуре -180ºС равновесие устанавливалось почти мгновенно, при более высоких температурах времени требовалось большее время. При изменении давления процесс является полностью обратимым и при откачке в вакууме газ полностью десорбируется.

Кингтон и Холмс, упомянутые в [6], провели прецизионное измерение адсорбции водорода при давлении менее 2,5 мм рт.ст. объемным методом на пленках, полученных путем конденсации паров меди на стекле при температуре 78ºК. Они показали, что адсорбция водорода на чистой меди в данных условиях представляет собой физический процесс и что способность к адсорбции у меди значительно меньше, чем у никеля.

Робертс, упомянутый Галактионовой Н.А. [4], считает, что обычно измеряемая активированная адсорбция происходит не на чистой поверхности металла, а на поверхности, уже покрытой слоем газа.

Адсорбированный водород влияет на фотоэлектрические и электронные свойства поверхности металла. Известно, что влага, адсорбированная поверхностью кристаллов германия и кремния, существенно изменяет их детектирующие и другие свойства, а также оказывает заметное влияние на стабильность служебных характеристик кристалла при работе в определенном режиме в усилительных, детекторных и других схемах. Однако сорбция водорода и его соединений металлами полупроводникового класса и влияние сорбционных процессов на физические и технические свойства транзисторов и других полупроводниковых элементов радиотехнических устройств еще совершенно не изучены. [7].

2.2.2 Диффузия

Диффузия - самопроизвольный процесс переноса вещества, возникающий в результате беспорядочного теплового движения молекул, атомов, ионов, а так же коллоидных частиц в газах, жидкостях, твердых телах. В случае однофазной системы в отсутствии внешних сил диффузия приводит к выравниванию концентраций компонента во всех участках системы. При наложении внешних сил (например, электрического потенциала) в системе возникает направленное перемещение компонентов, которое приводит к установлению градиента концентраций [4]:

Коэффициент диффузии статистически может быть выражен через среднюю величину элементарного акта перемещений частиц δ и время τ, необходимое для одного перемещения [8]:

Водород может диффундировать через никель, медь, железо, платину, палладий и многие другие металлы.

Для целей математической теории диффузии вещества зачастую достаточно исходить из немногих фундаментальных положений о статистически трактуемых явлениях перемещения частиц, не касаясь более глубоких процессов взаимодействия диффундирующих молекул, атомов или ионов с окружением. [9-13]

Аппарат математической теории диффузии аналогичен аппарату математической тории теплопроводности. Поэтому методы этих теорий часто идентичны. Однако теория диффузии характеризуется рядом особенностей, приводящих к необходимости решать специфические задачи, которые нельзя точно сопоставить с задачами теории теплопроводности [14].

Первый закон диффузии

Понимание физической сущности первого закона диффузии легко постигается, если исходить из простых представлений молекулярно-кинетической теории [15]. Допустим, что частота перескоков атома из какого-либо положения равновесия в соседнее при заданной температуре для некоторого вещества, являющегося твердым раствором компонента В в компоненте А, есть величина постоянная; обозначим ее k. Рассмотрим обмен атомами между двумя соседними параллельными атомными плоскостями как следствие процесса хаотичных перемещений атомов. Пусть на 1 см2 плоскости I находится N1 атомов компонента В, а на той же площади плоскости II – N2 таких атомов. Тогда за временной интервал dt с площадки dS плоскости I перейдет в плоскость II 1/6kN1dSdt атомов компонента В.

Масса dM компонента В, выраженная в гамм-атомах, прошедшая за время dt от плоскости I к плоскости II сквозь площадку dS, параллельную этим плоскосям и лежащую между ними, будет равна

где N0 – число Авогадро. Помножим и разделим правую часть уравнения на расстояние между плоскостями, которое обозначим a:

Так как объемы атомных слоев, содержащих N1 и N2 атомов, равны а см3, то дроби в скобках в правой части последнего уравнения выражают значения грамм-атомной концентрации компонента В в атомных слоях – с1 и с2:

Переходя от описания диффузии в атомных понятиях к ее описанию в категориях континуальной теории, тогда последнее выражение превращается в

Это соотношение называется первым законом Фика. Согласно этому закону количества вещества, проходящее через воображаемое сечение, перпендикулярное направлению диффузии, пропорционально величине градиента концентрации в этом сечении, площади сечения и времени диффузии. Знак минус указывает на то, что поток вещества направлен в сторону уменьшения концентрации. Вследствие этого в изолированной системе имеется тенденция к исчезновению концентрационных градиентов.

Коэффициент пропорциональности D в последнем уравнении называется коэффициентом диффузии. Он имеет размерность площадь/время.

Часто последнее выражение записывают [14] для количества вещества, отнесенного к единице площади сечения и единице времени:

Величину j называют плотностью потока диффундирующего вещества.

Первый закон Фика записывают также в виде

где с – концентрация диффузанта; - средняя скорость при условии, что рассматриваемая система находится в покое.

Сопоставляя два последних уравнения можно получить выражение для определения средней скорости диффундирующего вещества: