Quantitative Untersuchungen der Oberflächendiffusion von Kalium auf Quarz

Zusammenfassung

Kalium kondensiert auf geeignet vorbehandelten Quarzoberflächen bei Zimmertemperatur in Form von Tröpfchen und Kristallen. Die Kristalle wachsen unter Aufzehrung der Tröpfchen, die sie umgeben (Hofbildung). Der Materietransport von den Tropfen zu den Kristallen erfolgt entlang der Oberfläche durch Oberflächendiffusion.

Die Hofbildungsgeschwindigkeit nimmt bei Erhöhung der Temperatur ab und verschwindet beim Schmelzpunkt. Es wird gezeigt, daß die Tröpfchensubstanz unterkühltes flüssiges Kalium ist.

Es wird eine Theorie der Hofbildung durch Oberflächendiffusion entwickelt. Dazu wird außer dem OberflächendiffusionskoeffizientenD und der mittleren Verweilzeit τ für Kaliumatome auf Quarz die „mittlere Diffusionsreichweite

eingeführt. Ein Vergleich zwischen Theorie und Erfahrung liefert$\{ \bar r\} _{20^ \circ C} = 235\mu ;\bar r$ nimmt mit wachsender Temperatur exponentiell ab und beträgt bei 60° C nur noch 30 μ.

Die Oberfläche ist mit Kondensationskernen besät; denn die Tropfen und Kristalle erscheinen bei allen Versuchen immer wieder an den gleichen Stellen der Quarzoberfläche. Zu jedem individuellen KondensationskernK gehört eine für ihn charakteristische ErstarrungstemperaturT _K . Stellt man das Kondensat bei einer TemperaturT her, so wirktK als Tröpfchenkern, wennT >T _K ist, und als Kristallkern, wennT <T _K ist. In einer speziellen Quarzküvette lagen die meisten Erstarrungstemperaturen zwischen 0 und 6° C, d.h. etwa 60° unter dem Schmelzpunkt des kompakten Kaliummetalls.