Page 130 - Korniy_dyser

130

Загалом процес взаємодії молекул водню з поверхнею металу на
атомно-молекулярному рівні охоплює декілька стадій із різною енергією

активації [280] – дисоціація молекулярного водню, хемосорбція атомарного
водню, перехід атомарного водню з адсорбованого стану в абсорбований

(розчинення), дифузія в об’ємі металу, обернений процес виходу атомів
водню на поверхню і десорбція в газову фазу. Хемосорбція та дисоціація

молекулярного водню є активованими і для більшості конструкційних

матеріалів – ендотермічні.

Атомарний водень у газовій фазі володіє підвищеною порівняно з

молекулярним воднем потенціальною енергією ~ 2 еВ, яка створюється

внаслідок розриву хімічного зв’язку в молекулі водню, рівній ~4 еВ. Ця

підвищена потенціальна енергія виділяється у момент контакту атома з

металевою поверхнею і переходить загалом у коливальну енергію

поверхневих атомів металу. Вона більша за величину потенціальних бар’єрів

на поверхні, за рахунок чого атоми безактиваційно переходять з газової фази

в приповерхневі шари металу. Таким чином, для атомарного водню процес

«розчинення» в металі є екзотермічним, навіть для тих металів, у яких

молекулярний водень розчиняється ендотермічно [280].

Для перевірки методу нами розраховано енергію зв’язку в молекулі

водню. За рівноважної віддалі між атомами 0,746 Å енергія зв’язку становить

4,6 еВ, що співпадає із результатами, отриманими методом функціоналу

густини [281], та експериментальними даними (d Н-Н = 0,741 Å, Е в = 4,75 eV).

На отриманих кривих взаємодії Fe-H для ГЦК-заліза (рис. 2.19, крива 1)

наявні два поверхневих активаційні бар’єри та глибокий мінімум енергії при

розміщенні атома водню в об’ємі кластера на віддалі 1,25 Å від поверхні. На

віддалях 2 Å над поверхнею кластера існує положення фізичної адсорбції

атома водню, з якого він може перейти у стабільний стан хемосорбції за

бар’єру  0,23 еВ у трьохцентрових положеннях кластера на віддалі 1,6 Å від

поверхні. За даними експериментальних досліджень віддаль Fe–H становить

1,75  0,05 Å [270]. Із хемосорбційного положення атом водню легко