молекулярная диффузия что такое
Диффузия молекул
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
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:
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:
Сложно разобраться самому?
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
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 см 3 /с. При диффундировании газа в жидкость он составит около 1 см 3 /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 что искали?
Просто напиши и мы поможем
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.
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.
Рассмотрим две системы; S1 и S2 в то же температура и способен обменивать частицы. Если есть изменение в потенциальная энергия системы; например μ1> μ2 (μ есть Химический потенциал) энергия поток будет происходить из S1 к S2, потому что природа всегда предпочитает низкую энергию и максимум энтропия.
Молекулярная диффузия обычно описывается математически с использованием Законы диффузии Фика.
Содержание
Приложения
Диффузия имеет фундаментальное значение во многих дисциплинах физики, химии и биологии. Некоторые примеры применения диффузии:
Значимость
Распространение является частью явления переноса. Из механизмов массопереноса молекулярная диффузия известна как более медленная.
Биология
В клеточная биология, диффузия является основным способом транспортировки необходимых материалов, таких как аминокислоты внутри клеток. [1] Распространение растворителей, например воды, через полупроницаемая мембрана классифицируется как осмос.
Метаболизм и дыхание частично полагаются на диффузию в дополнение к объемным или активным процессам. Например, в альвеолы из млекопитающее легкиеиз-за различий в парциальных давлениях на альвеолярно-капиллярной мембране, кислород проникает в кровь и углекислый газ рассеивается. Легкие имеют большую площадь поверхности, что способствует процессу газообмена.
Индикатор, самодиффузия и химическая диффузия
Принципиально различают два типа диффузии:
В коэффициенты диффузии для этих двух типов диффузии, как правило, различаются, потому что коэффициент диффузии для химической диффузии бинарный и включает эффекты, обусловленные корреляцией движения различных диффундирующих частиц.
Неравновесная система
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]
Зависимая от концентрации «коллективная» диффузия
Коллективная диффузия представляет собой диффузию большого количества частиц, чаще всего внутри растворитель.
Вопреки Броуновское движение, которая представляет собой диффузию отдельной частицы, взаимодействия между частицами могут быть рассмотрены, если только частицы не образуют идеальную смесь со своим растворителем (условия идеальной смеси соответствуют случаю, когда взаимодействия между растворителем и частицами идентичны взаимодействиям между частицами и взаимодействием между молекулами растворителя; в этом случае частицы не взаимодействуют внутри растворителя).
В случае идеальной смеси частица уравнение диффузии справедливо и коэффициент диффузии D скорость распространение в уравнении диффузии частиц не зависит от концентрации частиц. В других случаях возникающие в результате взаимодействия между частицами в растворителе будут учитывать следующие эффекты:
Молекулярная диффузия газов
Это основное уравнение применимо к ряду ситуаций. Ограничение обсуждения исключительно условиями устойчивого состояния, в которых ни dCА/ dx или dCB/ dx изменяется во времени, сначала рассматривается эквимолекулярная контрдиффузия.
Эквимолекулярная контрдиффузия
Парциальное давление A изменяется на dPА на расстоянии dx. Аналогично парциальное давление B изменяет dPB. Поскольку нет никакой разницы в общем давлении через элемент (нет объемного потока), мы имеем
Для идеального газа парциальное давление связано с молярной концентрацией соотношением
где nА это количество молей газа А в томе V. Поскольку молярная концентрация CА равно пА/ V следовательно
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
Рассмотрим две системы; S1 и S2 в то же температура и способен обменивать частицы. Если есть изменение в потенциальная энергия системы; например μ1> μ2 (μ есть Химический потенциал) энергия поток будет происходить из S1 к S2, потому что природа всегда предпочитает низкую энергию и максимум энтропия.
Молекулярная диффузия обычно описывается математически с использованием Законы диффузии Фика.
Содержание
Приложения
Диффузия имеет фундаментальное значение во многих дисциплинах физики, химии и биологии. Некоторые примеры применения диффузии:
Значимость
Распространение является частью явления переноса. Из механизмов массопереноса молекулярная диффузия известна как более медленная.
Биология
В клеточная биология, диффузия является основным способом транспортировки необходимых материалов, таких как аминокислоты внутри клеток. [1] Распространение растворителей, например воды, через полупроницаемая мембрана классифицируется как осмос.
Метаболизм и дыхание частично полагаются на диффузию в дополнение к объемным или активным процессам. Например, в альвеолы из млекопитающее легкиеиз-за различий в парциальных давлениях на альвеолярно-капиллярной мембране, кислород проникает в кровь и углекислый газ рассеивается. Легкие имеют большую площадь поверхности, что способствует процессу газообмена.
Индикатор, самодиффузия и химическая диффузия
Принципиально различают два типа диффузии:
В коэффициенты диффузии для этих двух типов диффузии, как правило, различаются, потому что коэффициент диффузии для химической диффузии бинарный и включает эффекты, обусловленные корреляцией движения различных диффундирующих частиц.
Неравновесная система
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]
Зависимая от концентрации «коллективная» диффузия
Коллективная диффузия представляет собой диффузию большого количества частиц, чаще всего внутри растворитель.
Вопреки Броуновское движение, которая представляет собой диффузию отдельной частицы, взаимодействия между частицами могут быть рассмотрены, если только частицы не образуют идеальную смесь со своим растворителем (условия идеальной смеси соответствуют случаю, когда взаимодействия между растворителем и частицами идентичны взаимодействиям между частицами и взаимодействием между молекулами растворителя; в этом случае частицы не взаимодействуют внутри растворителя).
В случае идеальной смеси частица уравнение диффузии справедливо и коэффициент диффузии D скорость распространение в уравнении диффузии частиц не зависит от концентрации частиц. В других случаях возникающие в результате взаимодействия между частицами в растворителе будут учитывать следующие эффекты:
Молекулярная диффузия газов
Это основное уравнение применимо к ряду ситуаций. Ограничение обсуждения исключительно условиями устойчивого состояния, в которых ни dCА/ dx или dCB/ dx изменяется во времени, сначала рассматривается эквимолекулярная контрдиффузия.
Эквимолекулярная контрдиффузия
Парциальное давление A изменяется на dPА на расстоянии dx. Аналогично парциальное давление B изменяет dPB. Поскольку нет никакой разницы в общем давлении через элемент (нет объемного потока), мы имеем
Для идеального газа парциальное давление связано с молярной концентрацией соотношением
где nА это количество молей газа А в томе V. Поскольку молярная концентрация CА равно пА/ V следовательно
Следовательно, для газа А
Аналогичное уравнение можно вывести для встречной диффузии газа B.