Диффузия молекул

1. Основные понятия о диффузии молекул
2. Коэффициент молекулярной диффузии
3. Практические примеры молекулярной диффузии

Диффузией молекул является процесс перемещения вещества, обусловленный беспорядочным движением молекул.

Диффузия молекул происходит без видимого движения участков вещества, движение молекул является тепловым. Молекулярная диффузия происходит из-за распределения концентрации вещества и является самопроизвольным процессом движения вещества.

Диффузия является концентрационной, если ее причиной является неоднородная концентрация вещества в смеси.

Основные понятия о диффузии молекул

Диффузия молекул замечательно описывается первым законом Фика, в соответствии с которым количество вещества \(dM\), продиффундировавшего за конкретное время \(dt\) через элементарную поверхность \(dF\), будет пропорционально градиенту концентрации \({dc\over dn}\) этого вещества:

\(dM=-DdFdx {dc \over dn}\) (1);    
\( M=-DFx {dc \over dn}\) (2).

Из второй формулы можно вывести скорость диффузии молекул, которая является удельным потоком транспортирующегося вещества сквозь единицу поверхности \(F\) за единицу времени \(t\) и рассчитывается по формуле:

\(q_m={M\over F_x} =-D {dc \over dn}\) (3).

По своей сути закон Фика перекликается с законом Фурье, описывающем передачу тепла при помощи теплопроводности. В этом случае градиент концентраций выступает аналогом градиента температур. Он характеризует смену концентрации вещества, что продиффундировало, относительно линии между поверхностями неоднородных концентраций.

Коэффициент молекулярной диффузии

Коэффициент пропорциональности \(D\) в уравнении первого закона Фика, называется коэффициентом диффузии молекул. Из формулы (1) формируем выражение для расчета коэффициента диффузии:

\(D=({Mdn \over dcFx} )\) (4).

Этот коэффициент показывает количество вещества, которое продиффундирует за единицу времени сквозь поверхность с единичным градиентом концентрации вещества. Коэффициент диффузии \(D\) считается аналогом коэффициента теплопроводности \(а\).

Сложно разобраться самому?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

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

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Коэффициент диффузии молекул – это физическая постоянная, которая характеризует способность вещества проникать в другое неподвижное вещество с помощью явления диффузии. Значит, величина этого коэффициента не зависит от гидродинамики происходящего процесса. Величина коэффициента может изменяться лишь при изменении температуры или давления. Величина коэффициента диффузии в каждом конкретном случае будет рассчитываться при помощи теоретических или полуэмпирических уравнений, учитывающих температуру и давление.

Стоит отметить, что при диффузии газов коэффициент диффузии D будет находиться в диапазоне от 0,1 до 1 см³/с. При диффундировании газа в жидкость он составит около 1 см³/сутки. Это означает, что процесс молекулярной диффузии довольно медленный, особенно в жидкостях.

Практические примеры молекулярной диффузии

Диффузия в физике рассматривается как хаотичный процесс, происходящий на уровне молекул и вызванный их беспорядочным движением. При этом скорость диффузии будет пропорциональна скорости движения отдельных молекул. Таким образом, процесс молекулярной диффузии будет определяться максимальной тепловой скоростью молекул, то есть молекул с минимальной массой.

Диффузия характеризуется перемещением энергии или материи из точки с большей концентрацией в точку с меньшей концентрацией вещества. Самым наглядным примером диффузии молекул является процесс перемешивания газов или жидкостей. К примеру, при попадании капли краски в воду, она постепенно в ней растворяется, окрашивая весть объем воды.

Не нашли то, что искали?

Попробуйте обратиться за помощью к преподавателям

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

Предмет

E-mail

Узнать стоимость

это быстро и бесплатно

Еще одним ярким примером является процесс нагревания твердого тела. Если мы, к примеру, возьмем металлический стержень и начнем его нагревать с одной стороны, то тепло постепенно распространится к его другому концу. Та же ситуация наблюдается при подведении заряда электроэнергии к одному из концов стержня.

В примере с металлическим стержнем мы наблюдаем быстрое нагревание и распространение тепла, ровно так же, ка и тока. Если же мы возьмем синтетический стержень, то процесс тепловой и электрической диффузии будет протекать намного медленнее.

Длительность процесса молекулярной диффузии можно наблюдать, положив кусочек сахара в стакан с водой и не перемешивая их. Раствор достигнет однородности лишь через несколько недель.

Еще более длительным будет диффузия твердых веществ. Так, например, медь, вскрытая позолотой, лишь спустя тысячи лет пропитается золотом всего на пару микрометров.