молекулярная диффузия что такое
Молекулярная диффузия
Молекулярной диффузией называется перенос распределяемого вещества, обусловленный беспорядочным движением самих молекул. Молекулярная диффузия описывается первым законом Фика, согласно которому количество вещества dM, продиффундировавшего за время dt через элементарную поверхность dF (нормальную к направлению диффузии), пропорционально градиенту концентрации dc/dn этого вещества:
(2.1)
(2.2)
Из выражения (2.2.) следует, что удельный поток вещества, переносимого молекулярной диффузией через единицу поверхности (F=1) в единицу времени (t=1), или скорость молекулярной диффузии, составляет
(2.3)
По своей структуре закон Фика аналогичен закону Фурье, описывающему передачу тепла теплопроводностью, причем аналогом градиента температур является в данном случае градиент концентраций, представляющий собой изменение концентрации диффундирующего вещества на единицу длины нормали между двумя поверхностями постоянных, но различных концентраций.
Коэффициент пропорциональности D в выражении закона Фика называется коэффициентом молекулярной диффузии, или просто коэффициентом диффузии. Знак минус перед правой частью первого закона Фика указывает на то, что молекулярная диффузия всегда протекает в направлении уменьшения концентрации распределяемого компонента.
откуда (до сокращения одноименных величин) вытекает физический смысл D.
Коэффициент диффузии показывает, какое количество вещества диффундирует в единицу времени через единицу поверхности при градиенте концентрации, равном единице.
Коэффициент молекулярной диффузии представляет собой физическую константу, характеризующую способность данного вещества проникать вследствие диффузии в неподвижную среду. Величина D таким образом не зависит от гидродинамических условий, в которых протекает процесс.
Значения коэффициента диффузии D возрастают с увеличением температуры и давления. Обычно величина D возрастает с увеличением температуры и понижением давления (для газов). В каждом конкретном случае значение D определяют по опытным данным или по теоретическим и полуэмпирическим уравнениям с учетом температуры и давления, при которых протекает процесс диффузии.
Примером приближенной зависимости для расчета коэффициента молекулярной диффузии D газа А в газ В или в обратном направлении является следующее уравнение:
(2.4)
атомных объемов элементов, входящих в состав газа.
Мольные и атомные объемы различных веществ приводятся в справочниках (6,с.288).
(2.5)
Значение коэффициентов диффузии в воздухе для некоторых газов и паров приведены в (6, табл.XLII, с.540)
Коэффициент диффузии газов или капельных жидкостей в жидкости при температуре 20 0 С можно вычислить по следующей приближенной формуле:
(2.6)
А,В – коэффициенты, зависящие от свойств растворенного вещества
Значения коэффициентов А и В для некоторых веществ, растворенных в воде представлены в (6, с.289).
Коэффициент диффузии газа в жидкости Dt (при температуре t) cвязан с коэффициентом диффузии Dж 20 ,(при температуре 20 0 С) следующей приближенной зависимостью:
(2.7)
в которой температурный коэффициент b может быть определен по эмпирической формуле:
(2.8)
Значения коэффициентов диффузии некоторых газов в воде приведены в (6, табл.XLIII, с.540).
Коэффициенты диффузии газа в среду другого газа имеют значения 0,1 – 1 см 2 /с, а при диффузии газа в жидкость они в 10 4 – 10 5 раз меньше и составляют примерно 1 см 2 /сутки. Таким образом, молекулярная диффузия является весьма медленным процессом, особенно в жидкостях.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
СОДЕРЖАНИЕ
Приложения
Диффузия имеет фундаментальное значение во многих дисциплинах физики, химии и биологии. Некоторые примеры применения диффузии:
Значимость
Биология
Индикатор, самодиффузия и химическая диффузия
Принципиально различают два типа диффузии:
Коэффициенты диффузии для этих двух типов диффузии обычно различаются, поскольку коэффициент диффузии для химической диффузии является бинарным и включает эффекты, обусловленные корреляцией движения различных диффундирующих частиц.
Неравновесная система
Поскольку химическая диффузия представляет собой чистый процесс переноса, система, в которой она происходит, не является равновесной системой (т.е. она еще не находится в состоянии покоя). Многие результаты классической термодинамики нелегко применить к неравновесным системам. Однако иногда встречаются так называемые квазистационарные состояния, в которых процесс диффузии не изменяется во времени, и в которых классические результаты могут применяться локально. Как следует из названия, этот процесс не является истинным равновесием, поскольку система все еще развивается.
Неравновесные жидкостные системы можно успешно моделировать с помощью флуктуирующей гидродинамики Ландау-Лифшица. В этой теоретической схеме диффузия обусловлена флуктуациями, размеры которых варьируются от молекулярного до макроскопического масштаба.
Зависимая от концентрации «коллективная» диффузия
В случае идеальной смеси уравнение диффузии частиц выполняется, и коэффициент диффузии D скорость диффузии в уравнении диффузии частиц не зависит от концентрации частиц. В других случаях возникающие взаимодействия между частицами в растворителе будут учитывать следующие эффекты:
Молекулярная диффузия газов
Это основное уравнение применимо к ряду ситуаций. Ограничивая обсуждение исключительно стационарными условиями, в которых ни dC A / dx, ни dC B / dx не изменяются со временем, сначала рассматривается эквимолекулярная контрдиффузия.
Эквимолекулярная контрдиффузия
Для идеального газа парциальное давление связано с молярной концентрацией соотношением
Следовательно, для газа А
Аналогичное уравнение можно вывести для встречной диффузии газа B.
СОДЕРЖАНИЕ
Приложения
Диффузия имеет фундаментальное значение во многих дисциплинах физики, химии и биологии. Некоторые примеры применения диффузии:
Значимость
Биология
Индикатор, самодиффузия и химическая диффузия
Принципиально различают два типа диффузии:
Коэффициенты диффузии для этих двух типов диффузии обычно различаются, поскольку коэффициент диффузии для химической диффузии является бинарным и включает эффекты, обусловленные корреляцией движения различных диффундирующих частиц.
Неравновесная система
Поскольку химическая диффузия представляет собой чистый процесс переноса, система, в которой она происходит, не является равновесной системой (т.е. она еще не находится в состоянии покоя). Многие результаты классической термодинамики нелегко применить к неравновесным системам. Однако иногда встречаются так называемые квазистационарные состояния, в которых процесс диффузии не изменяется во времени, и в которых классические результаты могут применяться локально. Как следует из названия, этот процесс не является истинным равновесием, поскольку система все еще развивается.
Неравновесные жидкостные системы можно успешно моделировать с помощью флуктуирующей гидродинамики Ландау-Лифшица. В этой теоретической схеме диффузия обусловлена флуктуациями, размеры которых варьируются от молекулярного до макроскопического масштаба.
Зависимая от концентрации «коллективная» диффузия
В случае идеальной смеси уравнение диффузии частиц выполняется, и коэффициент диффузии D скорость диффузии в уравнении диффузии частиц не зависит от концентрации частиц. В других случаях возникающие взаимодействия между частицами в растворителе будут учитывать следующие эффекты:
Молекулярная диффузия газов
Это основное уравнение применимо к ряду ситуаций. Ограничивая обсуждение исключительно стационарными условиями, в которых ни dC A / dx, ни dC B / dx не изменяются со временем, сначала рассматривается эквимолекулярная контрдиффузия.
Эквимолекулярная контрдиффузия
Для идеального газа парциальное давление связано с молярной концентрацией соотношением
Следовательно, для газа А
Аналогичное уравнение можно вывести для встречной диффузии газа B.
молекулярная диффузия
Смотреть что такое «молекулярная диффузия» в других словарях:
молекулярная диффузия — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва] Тематики электротехника, основные понятия EN molecular diffusion … Справочник технического переводчика
молекулярная диффузия — molekulių difuzija statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. molecular diffusion vok. molekulare Diffusion, f rus. молекулярная диффузия, f pranc. diffusion moléculaire, f … Fizikos terminų žodynas
ДИФФУЗИЯ — (от лат. diffusio распространение растекание, рассеивание), движение частиц среды, приводящее к переносу вещества и выравниванию концентраций или к установлению равновесного распределения концентраций частиц данного сорта в среде. В отсутствие… … Большой Энциклопедический словарь
диффузия воздуха — Перемешивание воздуха, вызываемое молекулярными процессами (молекулярная диффузия) или турбулентными движениями (вихревая диффузия) … Словарь по географии
диффузия — молекулярная диффузия; диффузия Перенос вещества в смеси, обусловленный тепловым движением микрочастиц … Политехнический терминологический толковый словарь
диффузия — и; ж. [от лат. diffusio распространение, растекание] 1. Физ. Взаимное проникновение соприкасающихся веществ друг в друга вследствие теплового перемещения частиц вещества. Д. газов. Д. жидкостей. 2. Взаимопроникновение, взаимообмен чем л. Д.… … Энциклопедический словарь
ДИФФУЗИЯ в морской воде — Происхождение: от лат. diffusio распространение перенос вещества (солей, газов и т. п.) в морской воде из области высокой его концентрации в область низкой концентрации. Обусловлен хаотичным движением молекул (молекулярная Диффузия) и частиц… … Морской энциклопедический справочник
МОЛЕКУЛЯРНАЯ МЕХАНИКА — (м е т о д а т о м а т о м н ы х п о т е н ц и а л ь н ы х ф у н к ц и й), расчетный эмпирич. метод определения геом. характеристик и энергии молекул. Основан на предположении о том, что энергия Емолекулы м. б. представлена суммой вкладов, к рые… … Химическая энциклопедия
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ОПТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ — изучает мол. спектры поглощения, испускания и отражения электромагн. волн, а также спектры люминесценции в диапазоне длин волн от дальней УФ (l 180 нм) до дальней ИК ( 0,1 см) области. Включает инфракрасную спектроскопию, спектроскопию в видимой… … Химическая энциклопедия
МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА — раздел физики, в к ром изучаются физ. св ва тел в разл. агрегатных состояниях на основе рассмотрения их микроскопич. (молекулярного) строения. Задачи М. ф. решаются методами физ. статистики, термодинамики и физ. кинетики, они связаны с изучением… … Физическая энциклопедия
Молекулярная диффузия
Диффузия имеет фундаментальное значение во многих дисциплинах физики, химии и биологии. Некоторые примеры применения диффузии:
Биология
Принципиально различают два типа диффузии:
Коэффициенты диффузии для этих двух типов диффузии обычно различаются, поскольку коэффициент диффузии для химической диффузии является бинарным и включает эффекты, обусловленные корреляцией движения различных диффундирующих частиц.
Поскольку химическая диффузия представляет собой чистый процесс переноса, система, в которой она происходит, не является равновесной системой (т.е. она еще не находится в состоянии покоя). Многие результаты классической термодинамики нелегко применить к неравновесным системам. Однако иногда встречаются так называемые квазистационарные состояния, в которых процесс диффузии не изменяется во времени, и в которых классические результаты могут применяться локально. Как следует из названия, этот процесс не является истинным равновесием, поскольку система все еще развивается.
Неравновесные жидкостные системы можно успешно моделировать с помощью флуктуирующей гидродинамики Ландау-Лифшица. В этой теоретической схеме диффузия обусловлена флуктуациями, размеры которых варьируются от молекулярного до макроскопического масштаба. [3]
В случае идеальной смеси уравнение диффузии частиц выполняется, и коэффициент диффузии D скорость диффузии в уравнении диффузии частиц не зависит от концентрации частиц. В других случаях возникающие взаимодействия между частицами в растворителе будут учитывать следующие эффекты:
Это основное уравнение применимо к ряду ситуаций. Ограничивая обсуждение исключительно стационарными условиями, в которых ни dC A / dx, ни dC B / dx не изменяются со временем, сначала рассматривается эквимолекулярная контрдиффузия.
Для идеального газа парциальное давление связано с молярной концентрацией соотношением
Следовательно, для газа A
Аналогичное уравнение можно вывести для встречной диффузии газа B.