Диффузии веществ

1. Виды диффузии
2. Зависимость процесса диффузии от природы веществ
3. Диффузия веществ на практике

Диффузия имеет весомое значение в технике и технологиях, в бытовой и окружающей среде. Диффузионные процессы имеют как отрицательное, так и положительное влияние.

Примером положительного влияния есть постоянное перемешивание воздуха атмосферы около земной поверхности. Также важную роль диффузия играет в науке и технике, значительно влияет на разные химические реакции.

Виды диффузии

Процесс диффузии состоит в перемещении молекулы вещества из одной системы в другую, что вызвано беспорядочным движением частичек. В науке различают несколько видов диффузии, а именно:

1. Самодиффузия. Этот процесс характерен для одного вещества и протекает в условиях отсутствия градиента какой-либо движущей силы.
2. Концентрационная диффузия. Данный процесс может происходить в веществе с определённым градиентом концентрации. Данный вид диффузии также называют нисходящей, то есть обусловленной движением молекул вещества из участка с большой концентрацией в участок с малой.
3. Термодиффузия. Данный вид диффузии происходит под воздействием температуры. Процесс обусловлен наличием градиента температуры. При этом вещество перемещается из части системы с высоким химическим потенциалом в часть с более низким потенциалом. Концентрация при этом изменяется в противоположную сторону, а диффузия называется восходящей.
4. Реактивная диффузия. Характерна движением молекул вещества в те участки системы, где есть возможность образовать с другим веществом химические соединения. При этом диффундирующее вещество выводится из исходной фазы в обособленную.

Наиболее распространенным и измученным видом диффузии является концентрационная диффузия. Данный процесс описывают уравнением законов Фика:

\(dm=-DdSdx {dc\over dx},\)

где \(dm\) –  количество вещества, которое продиффундировало;

      \(dS\) – площадь сечения потока диффундирующего вещества;

      \(D\) – коэффициент диффузии;

     \({dc\over dx}\) – градиент концентрации, как правило, имеет отрицательное значение, так как диффузия происходит от большей концентрации к меньшей.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип работы Выберите тип работыКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Зависимость процесса диффузии от природы веществ

Степень способности вещества диффузии определяется коэффициентом диффузии \(D\), данный коэффициент тем выше, чем больше разница природы диффундирующего вещества от растворителя.

Коэффициент диффузии зависит от концентрации диффундирующего вещества, что выражается в формуле:

\(D=D_0 {C_t \over C_t-C_x},\)

где \(C_t \)– предельная концентрация, соответствующая насыщению твердого раствора;

      \(C_x\) – концентрация диффундирующего вещества;

     \(D_0\) – предельное значение коэффициента диффузии, соответствующие уменьшению концентрации вещества до нуля.

Если атомы диффундирующего вещества располагаются между узлами кристаллической решетки, то энергозатраты при этом небольшие, так как данный процесс не сопровождается изъятием атомов основного вещества из узлов кристаллической решетки, поэтому происходит быстро.

Также существенное влияние на скорость диффузии имеет присутствие в растворе третьего вещества. При этом процесс будет зависеть от нескольких факторов:

• растворения третьего вещества, затрудняющего процесс основной диффузии;
• наличия инородных атомов в кристаллической решётке основного вещества, искажающее её и тем самым ускоряющее процесс диффузии.

В большей мере диффузия происходит быстрее на границах металлических зерен, где есть сильное искажение структуры. Находящиеся на поверхности металла слои атомов также имеют искаженную кристаллическую решётку и увеличенный запас энергии. Именно поэтому на поверхности процесс диффузии происходит намного быстрее, чем во внутренних слоях вещества.

Для мелких кристаллов характерно большое значение поверхностной энергии, приходящееся на единицу массы металла, по сравнению с крупными кристаллами. В результате этого, в соответствии с законами термодинамики, всегда существует тенденция роста кристаллов, так как при этом уменьшается свободная энергия системы.

Однако при низких температурах данная тенденция не столь заметна, так как количество блуждающих дислоцированных атомов незначительно.

С повышением температуры фиксируется увеличение числа таких атомов, причём для мелких кристаллов наблюдается большее их количество, по сравнению с крупными, так как мелкие зерна обладают большим энергетическим запасом.

В таком процессе создаются потоки диффундирующих атомов, которые направлены от меньших кристаллов к большим. В результате этого крупные кристаллы поглощают мелкие.

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

Тип задания Выберите тип заданияКонтрольнаяРешение задачКурсоваяРефератОнлайн-помощьТест дистанционноДипломЛабораторнаяОнлайн-репетиторЧертежОтчет по практикеЭссеОтветы на билетыПрезентацияПеревод с ин. языкаДокладСтатьяСочинениеМагистерская диссертацияКандидатская диссертацияБизнес-планПодбор литературыШпаргалкаПоиск информацииРецензияДругое

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Диффузия веществ на практике

Рассмотрим для примера процесс диффузии вещества на поверхность катализатора или реагирующих веществ. Допустим, процесс превращения вещества представляет реакция первого порядка со скоростью:

\(w_{хим}=kSC_п,\)

где \(w_{хим}\) – количество вещества, которое реагирует за единицу времени на поверхности \(S\);

       \(C_п\) – концентрация реагента на поверхности.

Результатом диффузии реагента на поверхности является значение его концентрации, которое намного меньше, чем его концентрация в объёме. Таким образом весь реагент можно разделить на две части:

• часть постоянной концентрации, находящаяся дальше от поверхности реакции;
• часть быстро меняющейся концентрации, что находится вблизи поверхности.

Экспериментально было определено, что при движении жидкости по твердой поверхности образовывается слой жидкости, граничащий с твердой поверхностью, скорость движения которого равна нулю. То есть перемещение вещества происходит по прилегающему неподвижному слою жидкости, который образуется в результате диффузии.

Для жидкости толщина такого слоя \(δ\) составляет приблизительно 0,02-0,05 мм и принимает даже меньшие значения. За пределами данного слоя движение жидкости провоцирует усреднение концентрации в объеме всего раствора. Перемещение вещества в процессе диффузии описывается уравнением Фика следующего вида:

\({dn\over dt}=-SD{dc\over dx},\)

где \({dn\over dt}\) – количество вещества, что диффундирует в единицу времени через поверхность \(S\) по направлению возрастания значений \(x\);

       \(x\) – направление диффузии;

       \(D\) – коэффициент диффузии.