Las superficies espaciales son desafíos para la química: hacemos esto en nuestro laboratorio

Cuando pensamos en reacciones químicas, imagine un globo parpadeante, líquidos de color y explosiones. En palabras: soluciones. Es cuántos procesos ocurren, pero muchos otros ocurren en superficies sólidas. ¿Alguna vez te has preguntado por qué pronto cortaste a Apple? ¿Por qué las estatuas de bronce que adornan las ciudades se vuelven verdes?

Todas las respuestas están en el comportamiento de las instalaciones y su interacción con el entorno que las rodea. Es, en la química de la superficie.

¿Cuál es la superficie?

Puede parecer una pregunta obvia porque todos sabemos cuál es la superficie del edificio, pero la idea de la superficie se trata en la historia de diferentes maneras.

Una de las referencias más antiguas consiste en una tableta de verano descrita por la interfaz de Agua-Aseita, que luego se usó como una forma dividual.

Para los filósofos griegos, la superficie podría ser una entidad matemática y geométrica, pero con una existencia real. Esto se consideró un pelotón, aunque es para entidades matemáticas abstractas de Aristóteles sin sustancia.

El antiguo ganado tampoco tenía la misma superficie. Algunos eran ideales, y el otro, posodio entre ellos, los consideraban reales.

Sin embargo, todos ignoraron por completo cualquier tipo de interacción superficial con el medio ambiente.

Alrededor del siglo, el viejo describió las interacciones que influyeron en las superficies, como la forma de rebelión de la rebelión agregan pequeñas cantidades de aceite. También explicó cómo proteger los metales y las aleaciones que los cubren con una capa y aceite o uso del mismo líquido para favorecer las soldaduras de plomo con latas o piezas de oro y plata.

Desarrollo de la ciencia de la superficie

La ciencia en las superficies no comenzó a desarrollarse sistemáticamente hasta principios del siglo XX. Todavía tuvimos que esperar en la década de 1960 para que el desarrollo de la tecnología y la técnica del vacío como espectroscopias electrónicas diera este campo del impulso final.

No es fácil estudiar el comportamiento de los átomos y las moléculas en superficies sólidas, pero la importancia de estos estudios en nuestra vida moderna lo justifica. Actualmente, las reacciones superficiales son básicas en la industria química y en la comprensión de los sistemas naturales.

Necesitamos un equipo muy específico para todo esto. La superficie generalmente representa solo una fracción mínima del material, por lo que es difícil distinguir una señal del área de la instalación total. Una de las técnicas más utilizadas es la espectroscopía fotoelectrónica (KSP).

Esta técnica se basa en el efecto fotoeléctrico, reveló Heinrich Rudolf Hertz en 1887. Años y explicó Albert Einstein 1905. Años.

El esquema de trabajo del equipo de XPS convencional.

En un experimento con la técnica KSPS, la superficie de rayos K blando está irradiada (generalmente entre 1,000 y 1,500 electronales) y electrones de potencia más bajos que los utilizados el arranque x -rai. Dado que los electrones se comunican fuertemente, solo escaparán sin pérdida de energía que se origina en las capas atómicas más lejanas de material, de los últimos 5 y 10 nanómetros.

La principal restricción de esta técnica, que provocó que no se desarrollaran hasta los años 60, si las órdenes de la orden de 10⁻⁶ Pascales (PA) necesitan, aproximadamente cien mil millones de tiempo más bajo que la presión atmosférica. Esto se conoce como “ultra alto vacío” (UHV).

Hoy, no es un problema que esté presionado, pero implica un trabajo en condiciones muy eliminadas de Real. Por lo tanto, no pudimos analizar líquidos o sustancias que contengan humedad, porque se evaporarían. Tampoco pudimos estudiar reacciones químicas en las superficies, porque no habría interacción con gases o líquidos reactivos.

Cómo lograr condiciones cercanas al medio ambiente

Dado que se ha desarrollado la técnica XPS, se desea evitar la necesidad de trabajar en el vacío tanto como sea posible, para estudiar áreas de diferentes situaciones. Sin embargo, hasta el 21. El siglo no podía optimizar el equipo para trabajar en presiones más altas, hasta aproximadamente 5000 SO (50 millones).

Esquema general del equipo de KSPS en casi en condiciones de protección ambiental.

Es necesario tener sistemas de vacío muy potentes durante todo el camino de la fotoelectrónica para que la mayoría de sus viajes funcionen en las condiciones de vacío necesarias. Al mismo tiempo, las superficies de las muestras estarían sujetas a presiones que ya no serán tan diferentes de la derecha. Esta modificación de la técnica XPS se conoce como “espectroscopía de presión fotoelectrónica cerca del medio ambiente” (NAP-SKP).

Nuevos equipos de análisis de superficie en condiciones casi ambientales.

Los equipos de NAP-XPS permiten el estudio de superficies en acción y, al mismo tiempo, cumplen con su función en entornos reactivos. Además, se pueden estudiar objetos que están dañados en condiciones de vacío (sustancias biológicas), líquidos o gases de sustancias, y a veces una combinación de tres países.

También permite el estudio de las reacciones químicas de la superficie al tiempo que proporciona: catálisis, fenómenos de corrosión y procesos electroquímicos.

Diferentes tipos de muestras cuyas superficies se pueden analizar en el equipo del astillero instalado en la Universidad de Cádiz.

A principios de 2024. La Universidad de Cádiz instaló un nuevo equipo AP -XPS, que, además de lo que se mencionó anteriormente, permitirá el trabajo a temperaturas entre -10 y 900 ° C y una atmósfera de hasta 50 miligares.

Las características de este equipo, el primer envío instalado en España, excede el anterior al agregar mayores presiones para trabajar y analizar una amplia selección de muestras, incluso grandes. Esto expande significativamente los campos de aplicación, desde la catálisis y la ciencia material hasta la medicina, la biotecnología y la arqueología.