Всё сдал! - помощь студентам онлайн Всё сдал! - помощь студентам онлайн

Учебные материалы
для студентов и школьников

Диффузии веществ

  1. Виды диффузии
  2. Зависимость процесса диффузии от природы веществ
  3. Диффузия веществ на практике
Определение 1
Диффузией называется процесс самопроизвольного смешивания взаимодействующих веществ, который происходит вследствие хаотичного движения их молекул.

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.

banner

Не нашли что искали?

Просто напиши и мы поможем

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.

Замечание 1
Активность диффузии зависит от типа раствора, который образует элемент (внедрение или замещение).

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?

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

banner

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.

Замечание 2
Этот неподвижный слой вещества называется слоем Нернста, его толщина зависима от свойств раствора, растворителя, скорости движения вещества и прочих параметров.

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.

Не нашли нужную информацию?

Закажите подходящий материал на нашем сервисе. Разместите задание – система его автоматически разошлет в течение 59 секунд. Выберите подходящего эксперта, и он избавит вас от хлопот с учёбой.

Гарантия низких цен

Все работы выполняются без посредников, поэтому цены вас приятно удивят.

Доработки и консультации включены в стоимость

В рамках задания они бесплатны и выполняются в оговоренные сроки.

Вернем деньги за невыполненное задание

Если эксперт не справился – гарантируем 100% возврат средств.

Тех.поддержка 7 дней в неделю

Наши менеджеры работают в выходные и праздники, чтобы оперативно отвечать на ваши вопросы.

Тысячи проверенных экспертов

Мы отбираем только надёжных исполнителей – профессионалов в своей области. Все они имеют высшее образование с оценками в дипломе «хорошо» и «отлично».

1 000 +
Новых заказов каждый день
computer

Гарантия возврата денег

Эксперт получил деньги, а работу не выполнил?
Только не у нас!

guarantees

Безопасная сделка

Деньги хранятся на вашем балансе во время работы над заданием и гарантийного срока

guarantees_shield

Гарантия возврата денег

В случае, если что-то пойдет не так, мы гарантируем возврат полной уплаченой суммы

Отзывы студентов о нашей работе

315 972 оценки star star star star star
среднее 4.9 из 5
Синергия
Наталья спасибо вам ! Ребята рекомендую! Наталья профессионал своего дела!все четко и каче...
star star star star star
НГТУ им Р. Е. Алексеева
Наталья помогла мне уже дважды. Каждый раз задания были решены досрочно, в соответствии с ...
star star star star star
ВГТУ
Наталье огромное спасибо. Она меня спасла. Все сделано правильно и грамотно. Заказ выполни...
star star star star star
Вы студент и хотите заказать работу, прямо сейчас без наценки и посредников?
Закажи индивидуальную работу за 1 минуту!

«Всё сдал!» — безопасный онлайн-сервис с проверенными экспертами


Сайт работает по московскому времени:

Вход или
регистрация
Регистрация или
Не нашли, что искали?

Заполните форму и узнайте цену на индивидуальную работу!

Файлы (при наличии)

    это быстро и бесплатно