Szybkość dyfuzji

Rozpowszechnianie jest jednym z najbardziej proste zjawiska które są studiowane w ramach kursu fizyki. Proces ten można przedstawić na poziomie dziennym gospodarstwa domowego.

Dyfuzja to fizyczny proces wzajemnego przenikania się atomów i cząsteczek jednej substancji pomiędzy tymi samymi elementami strukturalnymi innej substancji. Wynikiem tego procesu jest wyrównanie poziomu stężeń w związkach penetrujących. Dyfuzję lub mieszanie można zobaczyć każdego ranka własna kuchnia podczas przygotowywania herbaty, kawy lub innych napojów, które zawierają kilka głównych składników.

Podobny proces został po raz pierwszy opisany naukowo przez Adolfa Ficka w połowie XIX wieku. Nadał jej pierwotną nazwę, która tłumaczy się z łacina jako interakcja lub dystrybucja.

Szybkość dyfuzji zależy od kilku czynników:

  • temperatura ciała;
  • stan skupienia badanej substancji.

W różnych gazach, gdzie jest bardzo długi dystans między cząsteczkami szybkość dyfuzji będzie największa. W cieczach, gdzie odległość między cząsteczkami jest zauważalnie mniejsza, prędkość również maleje. Najwolniejsze tempo dyfuzji obserwuje się w ciała stałe, ponieważ istnieje ścisła kolejność wiązań molekularnych. Same atomy i cząsteczki wykonują nieznaczne ruchy oscylacyjne w jednym miejscu. Szybkość dyfuzji wzrasta wraz ze wzrostem temperatury otoczenia.

Prawo Ficka

Uwaga 1

Szybkość dyfuzji jest zwykle mierzona ilością substancji, która jest przenoszona w jednostce czasu. Wszystkie interakcje muszą być przeprowadzane przez obszar Przekrój rozwiązanie.

Podstawowy wzór na szybkość dyfuzji to:

$\frac(dm)(dt)=-DC\frac(dC)(dx)$ gdzie:

  • $D$ to współczynnik proporcjonalności,
  • $S$ to pole powierzchni, a znak „-” oznacza, że ​​dyfuzja przechodzi z obszaru o wyższym stężeniu do obszaru o niższym stężeniu.

Fick przedstawił taką formułę w postaci opisu matematycznego.

Zgodnie z nią szybkość dyfuzji jest wprost proporcjonalna do gradientu stężeń i powierzchni, przez którą przebiega proces dyfuzji. Współczynnik proporcjonalności określa dyfuzję substancji.

Słynny fizyk Albert Einstein wyprowadził równania współczynnika dyfuzji:

$D=RT/NA \cdot 1/6\pi\etaŋr$, gdzie:

  • $R$ to uniwersalna stała gazowa,
  • $T$ - temperatura bezwzględna,
  • $r$ - promień cząstek dyfuzyjnych,
  • $D$ - współczynnik dyfuzji,
  • $ŋ$ to lepkość medium.

Z tych równań wynika, że ​​szybkość dyfuzji wzrośnie:

  • gdy temperatura wzrasta;
  • wraz ze wzrostem gradientu stężeń.

Szybkość dyfuzji maleje:

  • ze wzrostem lepkości rozpuszczalnika;
  • ze wzrostem wielkości cząstek dyfuzyjnych.

Jeśli masa molowa wzrasta, współczynnik dyfuzji maleje. W tym przypadku szybkość dyfuzji również maleje.

Przyspieszenie dyfuzji

Istnieć różne warunki, które przyczyniają się do przyspieszenia dyfuzji. Szybkość dyfuzji zależy od stanu skupienia badanej substancji. Wysoka gęstość materiału spowalnia reakcję chemiczną. Na szybkość interakcji cząsteczek wpływa reżim temperaturowy. Ilościową cechą szybkości dyfuzji jest współczynnik. W systemie miar SI oznacza się go wielką literą łacińską D. Mierzy się go w centymetrach kwadratowych lub metrach na sekundę czasu.

Definicja 1

Współczynnik dyfuzji jest równy ilości substancji, która jest rozprowadzana między inną substancją na określonej jednostce powierzchni. Interakcja powinna być prowadzona przez jednostkę czasu. Aby skutecznie rozwiązać problem, konieczne jest osiągnięcie warunku, w którym różnica gęstości na obu powierzchniach jest równa jedności.

Również na szybkość dyfuzji w ciałach stałych, cieczach w gazach wpływa ciśnienie i promieniowanie. promieniowanie może być różne rodzaje, w tym indukcyjne, a także wysokiej częstotliwości. Dyfuzja rozpoczyna się po wystawieniu na działanie określonej substancji katalizatora. Często działają jako wyzwalacz pojawienia się stabilnego procesu rozpraszania cząstek.

Za pomocą równania Arrheniusa opisano zależność współczynnika od temperatury. To wygląda w następujący sposób:

$D = D0exp(-E/TR)$ gdzie:

  • $T$ - temperatura bezwzględna mierzona w kelwinach,
  • $E$ to minimalna energia wymagana do dyfuzji.

Formuła pozwala lepiej zrozumieć zasadnicze elementy cały proces dyfuzji i określa szybkość reakcji.

Specjalne metody dyfuzyjne

Obecnie praktycznie niemożliwe jest zastosowanie konwencjonalnych metod określania masy cząsteczkowej białek. Zwykle opierają się na pomiarze:

  • ciśnienie pary;
  • wzrost temperatury wrzenia;
  • obniżenie temperatury zamarzania roztworów.

Dla skuteczne rozwiązanie zadania stosują specjalne metody opracowane do badania substancji o strukturze wysokocząsteczkowej. Polegają one na określeniu szybkości dyfuzji lub lepkości roztworów.

Metoda określania orientacji i kształtu porów na podstawie szybkości dyfuzji opiera się na badaniu szybkości dializy. W tym momencie w membranie musi wystąpić swobodna dyfuzja.

Do określenia szybkości dyfuzji sodu można również zastosować różne izotopy promieniotwórcze. Ta specjalna metoda służy do rozwiązywania problemów z zakresu mineralogii i geologii.

Aktywnie stosowana jest metoda dyfuzyjna, która opiera się na określeniu dyfuzji makrocząsteczek w roztworze. Został zaprojektowany dla materiały polimerowe. Zgodnie z tą metodą wyznacza się współczynnik dyfuzji, a następnie z tych danych określa się wagowo średnią masę cząsteczkową.

Obecnie nie ma bezpośrednich metod określania szybkości dyfuzji wodoru w katalizatorze. W tym celu wykorzystywana jest tak zwana druga ścieżka aktywacji.

Aby określić prędkość, zwykle używa się specjalne urządzenia. Różnią się one wyglądem od wyznaczonych zadań praktycznych i naukowych.

V Międzyregionalne Czytania Martynowa

Kierunek- badania

„W świecie nauk fizycznych i matematycznych”

TAJEMNICZA DYFUZJA

Agejewa Uliana

Uczeń 2 „A”

MBOU-SOSH №1

rp Stepnoe

Rejon sowiecki

Obwód Saratowski

Kierownik:

Agejewa Weronika Giennadiewna

WSTĘP

Cel pracy:

ü Rozważ zjawisko dyfuzji

Zadania:

ü udowodnić, że dyfuzja zależy od temperatury;

ü rozważyć przykłady dyfuzji w domowych eksperymentach;

ü upewnij się, że dyfuzja w różnych substancjach zachodzi na różne sposoby.

Znaczenie:; dyfuzja ma bardzo ważne w życiu człowieka, zwierząt i roślin, a także w technice

Uwielbiam kąpiele z żelem pod prysznic. Poza tym uwielbiam zadawać pytania. I pewnego dnia pomyślałem:

Dlaczego żel rozpuszcza się w wodzie?

ü Dlaczego zapach żelu nie znika nawet po kąpieli?

Zadałam te pytania mojej wychowawczyni Valerii, a ona wypowiedziała tajemnicze słowo: „DYFUZJA”. Od razu zaczęłam szukać odpowiedzi na nowe pytanie: co to jest? O odpowiedź zwróciliśmy się o pomoc do nauczyciela fizyki (nie bez powodu zaczęliśmy w tym roku poznawać fizykę na zajęciach koła). To właśnie słyszeliśmy z Valerią.

GŁÓWNYM ELEMENTEM

ZJAWISKO DYFUZJI - TEORIA.

Dyfuzja- jest to spontaniczne mieszanie się przylegających substancji, które zachodzi w wyniku chaotycznego (przypadkowego) ruchu cząsteczek.



Inna definicja: dyfuzja(łac. dyfuzja- dystrybucja, rozprzestrzenianie, rozpraszanie) - proces przenoszenia materii lub energii z obszaru o wysokim stężeniu do obszaru o niskim stężeniu.

Najbardziej znanym przykładem dyfuzji jest mieszanie się gazów lub cieczy (jeśli wrzucisz atrament do wody, ciecz po pewnym czasie nabierze jednolitego koloru).

Dyfuzja zachodzi w cieczach, ciałach stałych i gazach. Dyfuzja zachodzi najszybciej w gazach, wolniej w cieczach, a jeszcze wolniej w ciałach stałych, co wynika z natury ruchu termicznego cząstek w tych ośrodkach. Trajektoria każdej cząstki gazu jest linią przerywaną, ponieważ Kiedy cząstki zderzają się, zmieniają kierunek i prędkość swojego ruchu. Przez stulecia robotnicy spawali metale i wytwarzali stal, ogrzewając stałe żelazo w atmosferze węgla, nie mając najmniejszego pojęcia o zachodzących procesach dyfuzji. Dopiero w 1896 r. rozpoczęło się badanie problemu.

Angielski metalurg William Roberts-Austin prosty eksperyment zmierzył dyfuzję złota w ołowiu. Stopił cienki krążek złota na końcu cylindra z czystego ołowiu o długości 1 cala (2,45 cm), umieścił ten cylinder w piecu, w którym utrzymywano temperaturę około 200 0 C, i trzymał go w piecu przez 10 dni. Okazało się, że całkiem mierzalna ilość złota przeszła przez cały cylinder do „czystego końca”. To ponownie to potwierdza. że szybkość dyfuzji wzrasta bardzo szybko wraz ze wzrostem temperatury. Na przykład cynk dyfunduje do miedzi w temperaturze 300°C prawie 100 milionów razy szybciej niż w temperaturze pokojowej.

Dyfuzja cząsteczek przebiega bardzo wolno. Na przykład, jeśli kawałek cukru zostanie opuszczony na dno szklanki z wodą, a woda nie będzie mieszana, minie kilka tygodni, zanim roztwór stanie się jednorodny.

ZJAWISKO DYFUZJI – PRAKTYKA.

Znaleźliśmy fizyczne wyjaśnienie. Zdałem sobie sprawę, że dyfuzję można prześledzić w wielu procesach domowych:

a) marynowanie warzyw;

b) pozyskiwania cukru;

c) dżem do gotowania;

d) plamienie tkanin;

e) pralnia itp.

A potem, jak zwykle, postanowiłam lepiej poznać tajemnicę. W końcu każde dziecko wie: aby zrozumieć, trzeba „dotknąć”. Czy mogę „dotknąć” dyfuzji?

Aby spróbować znaleźć odpowiedzi na moje pytania, przeszedłem do drugiego etapu. Przeszedłem od teorii do praktyki, czyli do eksperymentów.

kąpię się ciepła woda. Żel pod prysznic dość szybko się w nim rozpuszcza. Ciekawy:

Czy dyfuzja zależy od temperatury?

Eksperyment - dyfuzja w cieczy

Zbadano szybkość rozpuszczania się kawy i cukru w ​​wodzie o różnych temperaturach.

Podczas eksperymentu użyto dwóch szklanek - z zimną i gorąca woda. Podczas parzenia stwierdzono, że w szklance gorącej wody proces rozpuszczania przebiegał szybciej.

Doświadczenie w rozpuszczaniu kolorowych cukierków

Wspólnie wykonaliśmy następujący eksperyment. W pojemniku z zimna woda Umieszczono 4 cukierki w różnych kolorach. Ustaliliśmy czas. Dopiero po 7 minutach płyn zaczął plamić

Wniosek Odp .: Zjawisko dyfuzji zależy od temperatury, w wysokiej temperaturze pojawia się szybciej.

Doświadczenie - dyfuzja w gazach.

Z procesy dyfuzyjne Zastanawiam się nad płynami. A co z zapachami, czyli gazami?

Kiedy siedzę w kuchni i siekam cebulę, gotuję obiad, gotuję obiad lub przygotowuję marynatę do polewania warzyw (naprawdę kocham gotować!), zapachy z kuchni rozchodzą się po całym mieszkaniu. Wynika to również z dyfuzji.

gazy - zapachy.

Pachnie? Uwielbiam zapachy!

Doświadczenie z gazami pod ciśnieniem

Zbadałem zależność szybkości rozprzestrzeniania się aromatu w pomieszczeniu od temperatury:

z jednego pomieszczenia do drugiego zapach odświeżacza powietrza rozprzestrzenia się w 20,53 sekundy;

potem spryskałem odświeżaczem dookoła lampa stołowa, czas - 14,03 sek.

Wniosek: Szybkość dyfuzji wzrasta wraz z temperaturą, ponieważ po podgrzaniu zwiększa się prędkość ruchu cząsteczek.

I to właśnie zapach przyciąga owady – pomagają więc w zapylaniu roślin. (Uwielbiam zapachy roślin. Może jestem owadem? Powinienem pomyśleć w wolnym czasie)

Eksperymenty z manganem (penetracja zależna od gęstości)

Wykorzystano jabłka różnych odmian: „Grey” (2), „Antonovka” (1), „Jonathan” (3).

W jabłkach odmiany Antonovka (1) penetracja manganu była wolniejsza. Ta odmiana jabłek jest zimowa, być może jest mniej soczysta, a ich struktura jest bardziej gęsta.

Do poniższego doświadczenia użyto następujących warzyw: rzepa, marchew, cukinia, ziemniaki.

Po trzech godzinach stwierdzono, że penetracja manganu w cukinii, ziemniakach była większa niż w rzepie i marchwi. Rzepa i marchew mają gęstszą strukturę, a głębokość wnikania cząstek manganu była mniejsza.

Wniosek: Szybkość dyfuzji zależy od gęstości stykających się materiałów.

— Naukowcy zauważyli prawo
Co jeśli w pobliżu są dwa metale,
Potem przez czas, z każdej strony,
Molekuły będą się do siebie zbliżać. I sporo...
A jeśli komponenty są słabsze,
Molekuły idą jeszcze śmielej...

Dlatego tak łatwo nam pracować z plasteliną.

DYFUZJA I BEZPIECZEŃSTWO

Palny gaz propan, którego używamy w domu do gotowania, jest bezbarwny. Dlatego trudno byłoby od razu zauważyć wyciek gazu. A przy wycieku, w wyniku dyfuzji, gaz rozprzestrzenia się po całym pomieszczeniu i czujemy jego rozprzestrzenianie się przez zapach. Tymczasem przy pewnym stosunku gazu do powietrza w zamkniętym pomieszczeniu powstaje mieszanina, która może eksplodować. Na przykład z zapalonej zapałki. Gaz może również spowodować zatrucie ludzi.

Uwaga, bądź ostrożny i koniecznie pamiętaj o serwisie gazowym numer 04!

Kiedy promienie słońca wpadają do pomieszczenia, można zaobserwować swoisty „taniec drobinek kurzu”.

Z tej okazji Lukrecjusz Carus pisał:

Spójrz tutaj: zawsze, gdy przenika światło słoneczne

Do naszych mieszkań, a ciemność przenika swymi promieniami,

Zobaczysz wiele ciał w pustce, migoczących,

Pędząc tam iz powrotem w promiennym blasku światła.

Jakby w wiecznej walce walczą w bitwach i bitwach,

Nagle rzucają się do bitew w poprzek oddziałów, nie znając pokoju…

Cząsteczki kurzu w pomieszczeniach, ze względu na dyfuzję, zawierają cząsteczki pleśni, cząsteczki metali ciężkich, które są zawarte w meblach, materiały wykończeniowe i inne mieszkania „dobro cywilizacyjne”.

Z łatwością radzą sobie z toksycznymi substancjami rozpuszczonymi w powietrzu pomieszczeń, kwiaty do wnętrz: nefrolepis, dieffenbachia, wilczomlecz, bluszcz, pelargonia, sansevier itp. A wszystko to dzieje się dzięki dyfuzji.

Znana agawa (aloes) jest w stanie 4-krotnie zmniejszyć liczbę szkodliwych drobnoustrojów, a kaktus opuncja 6-7-krotnie zmniejsza liczbę grzybów pleśniowych w powietrzu.

Dym tytoniowy, powłoki linoleum są szkodliwe dla naszego zdrowia. Rośliny domowe(Ficus Benjamin, Tradescantia, Chlorophytum) mogą wchłaniać i rozkładać toksyczne substancje.

CIEKAWE ROZPOWSZECHNIENIE.

Zjawisko dyfuzji można prześledzić nie tylko w podręcznikach. Ponieważ jestem jeszcze w 2 klasie, ta strona zagadnienia również mnie zainteresowała. Valeria i ja znaleźliśmy kilka interesujących stron, które zawierały pytania z fizyki dla dzieci. Pomogli nam edukować moich kolegów z klasy na temat rozpowszechniania.

Problem Grigorija Ostera

Czteroletnia Masza podkradła się za mamą za jej plecami do lustra i działając zupełnie bezgłośnie wylała jej na głowę trzy flakony francuskich perfum.

JAK MAMA, SIEDZĄC TYŁEM DO MASZY, ODGRYWAŁA CO SIĘ STAŁO?

Kolya i Vitya

Kiedyś spotkało się dwóch przyjaciół-uczniów 2 „A” - Kolya i Vitya. Nie widzieli się od dawna.

I już znam fizykę - chwali się Kolya.

I ja też wiem - mówi Vitya. I zaczęli popisywać się nawzajem swoją wiedzą. Kola:

wiem to najmniejszą cząstką materii jest cząsteczka".

Myśleć! Ale to wiem wszystkie cząsteczki składają się z atomów.

I wiesz o tym cząsteczki można zobaczyć pod mikroskopem?

Ale ty, Kolya, wiesz o tym im mniejsza prędkość cząsteczek, tym wyższa temperatura tego ciała A?

Wciąż nie wiedzieć! Każdy to wie! Słyszałeś to Substancje mogą istnieć w trzech stanach skupienia: ciekłym, stałym i gazowym?
Zwycięzca:

Oczywiście, że słyszałem! Znam nawet ich właściwości. Ciecze zachowują swój kształt, ale zmieniają objętość, podczas gdy ciała stałe nie zachowują ani kształtu, ani objętości. Gazy zmieniają kształt i objętość".
Kola:

No to odpowiedz na moje pytanie: Czy dyfuzja przebiega równie szybko w gazach, cieczach i ciałach stałych?
Zwycięzca:

Na równi. Na tym właśnie polega, bracie, i na tym polega rozpowszechnianie.

CZY VITYA MA PRAWO?

Kołobok.

Był stary mężczyzna i stara kobieta.
Więc starzec moduluje akustycznie do staruszki:
- Ruszaj się, stara kobieto, zeskrob spichlerz, zaznacz windę, zobacz, czy uda ci się zeskrobać mąkę na toroid lub elipsoidę.
Staruszka wzięła Pompa próżniowa, oskrobał spichlerz, oskrobał windę i zeskrobał sto centymetrów sześciennych mąki.
Stworzyła koloidalną mieszankę mąki i kwaśnej śmietany, uformowała kulistą bułkę, poddała obróbce termicznej w nienasyconych kwasach tłuszczowych i położyła na oknie. temperować.
Piernikowy ludzik odpoczął, odpoczął, wziął i ruszył: od okna do ławki, od ławki do podłogi, po podłodze do drzwi, przeskoczył próg - i do przejścia, z przejścia na ganek, od ganku do podwórka, od podwórka do bramy pokonywana odległość rośnie wykładniczo.
Kolobok idzie drogą, ku niemu Zając:
- Nie absorbuj mnie, Zając, przedstawię ci pierwsze prawo Newtona:
Istnieją takie układy odniesienia, zwane układami inercjalnymi, względem których punkt materialny, przy braku wpływów zewnętrznych, zachowuje wielkość i kierunek swojej prędkości w nieskończoność.
I toczył się po drodze z jednolitym przyspieszeniem - tylko Zając go obserwował!
Piernikowy Ludzik się rusza, Wilk go spotyka:
- Piernikowy Ludzik, Piernikowy Ludzik, wchłaniam Cię!
- Nie absorbuj mnie szary Wilk, wyjawię ci drugie prawo Newtona:
W bezwładnościowym układzie odniesienia przyspieszenie, jakie otrzymuje punkt materialny, jest wprost proporcjonalne do wypadkowej wszystkich przyłożonych do niego sił i odwrotnie proporcjonalne do jego masy.
I zyskał energię kinetyczną - tylko Wilk złapał promieniowanie Czerenkowa!
Piernikowy ludzik porusza się równo, spotyka go Miś:
- Piernikowy Ludzik, Piernikowy Ludzik, wchłaniam Cię!
- Gdzie jesteś, stopo końsko-szpotawa, pochłoń mnie! Oto trzecie prawo Newtona, pomyśl o tym:
Punkty materialne oddziałują na siebie siłami tego samego rodzaju, skierowanymi wzdłuż prostej łączącej te punkty, równej co do wielkości i przeciwnej w kierunku.
I znowu zaczął zmieniać swoje położenie w przestrzeni - tylko Niedźwiedź zintegrował swoje równanie ruchu!
Piernikowy ludzik zostaje przeniesiony, Lis się z nim spotyka:
- Piernikowy Ludziku, Piernikowy Ludziku, powiedz mi, jaki jest punkt końcowy Twojej trajektorii?
- Poruszam się wzdłuż anty-gradientu geopotencjału, nie widzisz czegoś.
- Piernikowy Ludzik, Piernikowy Ludziku, powiedz mi o dyfuzji!
Kolobok i zaśpiewał:
Zwykle przez dyfuzję rozumie się procesy, którym towarzyszy przenoszenie materii, ale czasami dyfuzją nazywane są również inne procesy przenoszenia: przewodnictwo cieplne, tarcie lepkie itp.
Przykładem dyfuzji jest mieszanie się gazów (na przykład rozprzestrzenianie się zapachów) lub cieczy (jeśli wrzucisz atrament do wody, po pewnym czasie płyn nabierze jednolitego koloru). Inny przykład dotyczy ciała stałego: atomy sąsiednich metali mieszają się na granicy styku. Dyfuzja cząstek odgrywa ważną rolę w fizyce plazmy.
A Lisa mówi:
- Och, piosenka jest dobra, ale narządy słuchu uległy degradacji. Piernikowy Ludziku, Piernikowy Ludziku, podejdź do mojego palca i zaśpiewaj jeszcze raz, głośniej.
Piernikowy Ludzik zmienił współrzędne zgodnie z warunkami zadania i zaśpiewał tę samą piosenkę głośniej.
I znowu Fox do niego:
- Piernikowy Ludzik, Piernikowy Ludziku usiądź mi na języku i zaśpiewaj po raz ostatni.
Piernikowy Ludzik wskoczył Lisowi na język, a jego Lis – łomot! - i wchłonięty.

Strona 1


Geller i Tak-Go Sun wyjaśniają zależność szybkości dyfuzji od składu stali tym, że obecność w metalu dodatków, które mają większe lub mniejsze powinowactwo do wodoru niż żelazo, prowadzi do odpowiedniej zmiany współczynnika dyfuzji , a w konsekwencji do zmiany energii aktywacji procesu dyfuzji.


Zależność szybkości dyfuzji substancji o małej masie cząsteczkowej w krystalizujących kopolimerach od składu łańcucha pokazano na ryc. 5.14, 5.15. Można zauważyć, że w miarę amorfizacji matrycy różnice między DKP i Ashem zmniejszają się, aw środkowym zakresie składów kopolimerów (/cr 0) pokrywają się ze sobą.

Zależność szybkości dyfuzji pierwiastków zanieczyszczających w rozpuszczalniku stałym od wielkości ziarna jest dobrze znana.

Ze względu na zależność szybkości dyfuzji od temperatury, zdolność środka do penetracji w głąb lakieru i innych powłok warunki zimowe bardzo niski. Np. w temperaturze -10 C OM praktycznie nie wnika w powłoki lakiernicze.

Rodzaje kinetyki krzywe sorpcji (1 i desorpcji (2. oznaczenia w tekście. | Najczęstsze formy komórek plastra miodu. a - sześciokątne, b - prostokątne, b - elastyczne, d - wzmocnione sześciokątne, 9 - kwadratowe (rodzaj prostokąta.

Ponieważ zależność szybkości dyfuzji i relaksacji od temperatury i stężenia nie jest taka sama, w tych samych warunkach temperatury i stężenia C. Dlatego, gdy zmienia się temperatura i stężenie, przejście z C.

Rodzaje kinetyki krzywe sorpcji (1 i desorpcji (2. oznaczenia w tekście. | Najczęstsze formy komórek plastra miodu. a - sześciokątne, b - prostokątne, c - elastyczne, d - wzmocnione sześciokątne, e - kwadratowe (rodzaj prostokąta.

Ponieważ zależność szybkości dyfuzji i relaksacji od temperatury i stężenia nie jest taka sama, w tych samych warunkach temperatury i stężenia C. Dlatego, gdy zmienia się temperatura i stężenie, przejście z C.

Przedstaw wykres szybkości dyfuzji w funkcji szybkości Reakcja chemiczna od temperatury dla reakcji heterogenicznej i wskazać, w jakim zakresie temperatur reakcja zachodzi w obszarze dyfuzji, aw jakim w obszarze kinetycznym.

Bardzo ważna jest znajomość zależności szybkości dyfuzji od średnicy łuku.

Łatwo też wytłumaczyć zależność szybkości dyfuzji od temperatury. Wyższa temperatura oznacza wyższe prędkości cząsteczek i szybszą dyfuzję. Obecność gradientów temperatury prowadzi do wystąpienia dyfuzji termicznej. Zjawisko dyfuzji termicznej polega na tym, że obecność gradientu temperatury w mieszaninie dwóch gazów prowadzi do pojawienia się gradientu względnych stężeń tych składników. Jeśli mieszanina jako całość jest w stanie spoczynku, gradient stężeń w stanie równowagi będzie taki, że działanie dyfuzji termicznej jest równoważone działaniem zwykłej dyfuzji.

Łatwo też zrozumieć zależność szybkości dyfuzji od temperatury i ciśnienia. Wyższa temperatura oznacza wyższe prędkości cząsteczek i szybszą dyfuzję. Więcej wysokie ciśnienie oznacza krótszą drogę swobodną i wolniejszą dyfuzję.

Łatwo też zrozumieć zależność szybkości dyfuzji od temperatury. Wyższa temperatura oznacza wyższe prędkości cząsteczek i szybszą dyfuzję. Obecność gradientów temperatury prowadzi do wystąpienia dyfuzji termicznej. Zjawisko dyfuzji termicznej polega na tym, że obecność gradientu temperatury w mieszaninie dwóch gazów prowadzi do pojawienia się gradientu względnych stężeń tych składników.

W niniejszej pracy wyjaśniono zależność szybkości dyfuzji jonów miedzi do szkła od rodzaju i ilości tlenków alkalicznych w szkle, a także od rodzaju tlenków pierwiastków ziem alkalicznych.

Dyfuzja jest tłumaczona z łaciny jako dystrybucja lub interakcja. Dyfuzja jest bardzo ważnym pojęciem w fizyce. Istotą dyfuzji jest przenikanie cząsteczek jednej substancji do innych. W procesie mieszania stężenia obu substancji wyrównują się w zależności od zajmowanej przez nie objętości. Substancja z miejsca o wyższym stężeniu przemieszcza się do miejsca o niższym stężeniu, dzięki czemu następuje wyrównanie stężeń.

Tak więc zjawisko, w którym dochodzi do wzajemnego przenikania się cząsteczek jednej substancji między cząsteczkami innej, nazywa się dyfuzją.

Po rozważeniu, czym jest dyfuzja, należy przejść do warunków, które mogą wpływać na tempo tego zjawiska.

Czynniki wpływające na szybkość dyfuzji

Aby zrozumieć, od czego zależy dyfuzja, rozważ czynniki, które na nią wpływają.

Dyfuzja zależy od temperatury. Szybkość dyfuzji wzrośnie wraz ze wzrostem temperatury, ponieważ wraz ze wzrostem temperatury wzrośnie prędkość ruchu cząsteczek, to znaczy cząsteczki będą się szybciej mieszać. (Wszyscy wiecie, że w zimna woda Cukier długo się rozpuszcza

A przy dodawaniu wpływ zewnętrzny (osoba miesza cukier w wodzie) dyfuzja będzie przebiegać szybciej. Zbiorczy stan skupienia wpłynie również na to, od czego zależy dyfuzja, a mianowicie na szybkość dyfuzji. Dyfuzja termiczna zależy od rodzaju cząsteczek. Na przykład, jeśli przedmiot jest metalowy, wówczas dyfuzja ciepła przebiega szybciej, w przeciwieństwie do przedmiotu wykonanego z materiału syntetycznego. Dyfuzja między ciałami stałymi przebiega bardzo wolno.

Szybkość dyfuzji zależy więc od: temperatury, stężenia, wpływów zewnętrznych, stanu skupienia substancji

Dyfuzja ma Świetna cena w przyrodzie i w życiu człowieka.

Przykłady dyfuzji

Aby lepiej zrozumieć, czym jest dyfuzja, spójrzmy na to na przykładach.Podajmy razem przykłady procesu dyfuzji w gazach. Warianty manifestacji tego zjawiska mogą być następujące:

Rozprzestrzenianie zapachu kwiatów;

Rozprzestrzenianie się zapachu grillowanego kurczaka, którego Antoszka tak bardzo lubi;

Łzy z krojenia cebuli;

Ślad perfum, który można wyczuć w powietrzu.

Szczeliny między cząsteczkami w powietrzu są dość duże, cząstki poruszają się losowo, więc dyfuzja substancji gazowych zachodzi dość szybko.

Prostym i dostępnym dla każdego przykładem dyfuzji ciał stałych jest wzięcie dwóch kawałków wielobarwnej plasteliny i ugniatając je w dłoniach, obserwujemy, jak mieszają się kolory. I odpowiednio, bez wpływu zewnętrznego, jeśli po prostu ścisniesz ze sobą dwie części, miną miesiące, a nawet lata, zanim te dwa kolory zmieszają się, że tak powiem, i przenikną jeden w jeden.

Warianty manifestacji dyfuzji w cieczach mogą wyglądać następująco:

Rozpuszczenie kropli atramentu w wodzie;

- „Len wyblakły” kolor mokrych tkanin;

Solenie warzyw i robienie dżemu

Więc, dyfuzja to mieszanie się cząsteczek substancji podczas ich losowego ruchu termicznego.

Wśród wielu zjawisk w fizyce proces dyfuzji jest jednym z najprostszych i najbardziej zrozumiałych. W końcu każdego ranka, przygotowując sobie pachnącą herbatę lub kawę, człowiek ma możliwość zaobserwowania tej reakcji w praktyce. Dowiedzmy się więcej o tym procesie i warunkach jego występowania w różnych stanach skupienia.

Co to jest dyfuzja

Słowo to odnosi się do penetracji cząsteczek lub atomów jednej substancji między podobnymi jednostkami strukturalnymi innej. W tym przypadku stężenie związków penetrujących jest wyrównane.

Proces ten został po raz pierwszy szczegółowo opisany przez niemieckiego naukowca Adolfa Ficka w 1855 roku.

Nazwa tego terminu pochodzi od łacińskiego diffusio (interakcja, dyspersja, dystrybucja).

Dyfuzja w płynie

Rozważany proces może zachodzić z substancjami we wszystkich trzech stanach skupienia: gazowym, ciekłym i stałym. Znaleźć praktyczne przykłady to wystarczy zajrzeć do kuchni.

Jednym z nich jest barszcz gotowany w piecu. Pod wpływem temperatury cząsteczki betaniny glukozy (substancji, dzięki której buraki mają tak bogaty szkarłatny kolor) równomiernie reagują z cząsteczkami wody, nadając jej niepowtarzalny bordowy odcień. Ta obudowa jest w płynach.

Oprócz barszczu proces ten można zaobserwować również w szklance herbaty lub kawy. Oba te napoje mają tak jednolity, bogaty odcień dzięki temu, że liście herbaty lub cząsteczki kawy, rozpuszczając się w wodzie, równomiernie rozprowadzają się między jej cząsteczkami, barwiąc ją. Działanie wszystkich popularnych napojów rozpuszczalnych lat dziewięćdziesiątych zbudowane jest na tej samej zasadzie: Yupi, Invite, Zuko.

Wzajemne przenikanie się gazów

Atomy i cząsteczki przenoszące zapach są w aktywnym ruchu, w wyniku czego mieszają się z cząsteczkami już obecnymi w powietrzu i są dość równomiernie rozproszone w całej objętości pomieszczenia.

Jest to przejaw dyfuzji w gazach. Warto zauważyć, że do rozważanego procesu należy również samo wdychanie powietrza, podobnie jak apetyczny zapach świeżo przygotowanego barszczu w kuchni.

Dyfuzja w ciałach stałych

Stół kuchenny, na którym stoją kwiaty, nakryty jest jasnym obrusem. żółty kolor. Podobny odcień otrzymała dzięki zdolności do dyfuzji w ciałach stałych.

Proces nadawania płótnu jednolitego odcienia odbywa się w kilku etapach w następujący sposób.

  1. Cząsteczki żółtego pigmentu rozproszone w zbiorniku barwnika w kierunku materiału włóknistego.
  2. Następnie zostały one wchłonięte przez zewnętrzną powierzchnię barwionej tkaniny.
  3. Następnym krokiem było ponownie rozprowadzenie barwnika, ale tym razem we włóknach płótna.
  4. W finale tkanina utrwaliła cząsteczki pigmentu, stając się w ten sposób zabarwiona.

Dyfuzja gazów w metalach

Zazwyczaj, mówiąc o tym procesie, rozważamy interakcję substancji w tych samych stanach skupienia. Na przykład dyfuzja w ciałach stałych, ciała stałe. Aby udowodnić to zjawisko, przeprowadza się eksperyment z dwoma metalowe talerze(złoto i ołów). Wzajemne przenikanie się ich cząsteczek trwa dość długo (jeden milimetr na pięć lat). Proces ten służy do wykonywania niezwykłej biżuterii.

Jednak związki w różnych stanach skupienia są również zdolne do dyfuzji. Na przykład istnieje dyfuzja gazów w ciałach stałych.

Podczas eksperymentów udowodniono, że podobny proces zachodzi w stanie atomowym. Aby go aktywować, z reguły wymagany jest znaczny wzrost temperatury i ciśnienia.

Przykładem takiej dyfuzji gazowej w ciałach stałych jest korozja wodorowa. Przejawia się to w sytuacjach, gdy atomy wodoru (H 2), które powstały w trakcie jakiejś reakcji chemicznej pod działaniem wysokie temperatury(od 200 do 650 stopni Celsjusza) wnikają między strukturalne cząsteczki metalu.

Oprócz wodoru dyfuzja tlenu i innych gazów może również zachodzić w ciałach stałych. Proces ten, niezauważalny dla oka, niesie ze sobą wiele szkód, ponieważ metalowe konstrukcje mogą się przez niego zawalić.

Dyfuzja cieczy w metalach

Jednak nie tylko cząsteczki gazu mogą przenikać do ciał stałych, ale także cieczy. Podobnie jak w przypadku wodoru, najczęściej taki proces prowadzi do korozji (jeśli rozmawiamy o metalach).

Klasycznym przykładem dyfuzji cieczy w ciałach stałych jest korozja metali pod wpływem wody (H 2 O) lub roztworów elektrolitów. Dla większości ten proces jest bardziej znany pod nazwą rdzewienia. W przeciwieństwie do korozji wodorowej, w praktyce spotyka się ją znacznie częściej.

Warunki przyspieszania dyfuzji. Współczynnik dyfuzji

Mając do czynienia z substancjami, w których może zachodzić omawiany proces, warto poznać warunki jego wystąpienia.

Przede wszystkim szybkość dyfuzji zależy od stanu skupienia wchodzących w interakcje substancji. Im częściej zachodzi reakcja, tym wolniejsza jest jej szybkość.

Pod tym względem dyfuzja w cieczach i gazach zawsze będzie bardziej aktywna niż w ciałach stałych.

Na przykład, jeśli kryształy nadmanganianu potasu KMnO 4 (nadmanganian potasu) zostaną wrzucone do wody, w ciągu kilku minut nadadzą jej piękny szkarłatny kolor. Jeśli jednak posypiesz kawałek lodu kryształkami KMnO 4 i włożysz to wszystko do zamrażarki, po kilku godzinach nadmanganian potasu nie będzie w stanie w pełni zabarwić zamrożonej H 2 O.

Z poprzedniego przykładu można wyciągnąć jeszcze jeden wniosek dotyczący warunków dyfuzji. Oprócz stanu skupienia, na szybkość wzajemnego przenikania cząstek wpływa również temperatura.

Aby rozważyć zależność rozważanego procesu od niego, warto poznać takie pojęcie, jak współczynnik dyfuzji. Tak nazywa się ilościowa charakterystyka jego prędkości.

W większości wzorów jest oznaczany dużą literą łacińską D, aw układzie SI jest mierzony metry kwadratowe na sekundę (m² / s), czasami w centymetrach na sekundę (cm 2 / m).

Współczynnik dyfuzji jest równy ilości materii rozproszonej przez jednostkową powierzchnię w jednostce czasu, pod warunkiem, że różnica gęstości na obu powierzchniach (znajdujących się w odległości równej jednostkowej długości) jest równa jeden. Kryteriami określającymi D są właściwości substancji, w której zachodzi sam proces rozpraszania cząstek, oraz ich rodzaj.

Zależność współczynnika od temperatury można opisać za pomocą równania Arrheniusa: D = D 0exp (-E/TR).

W rozważanym wzorze E jest minimalną energią potrzebną do aktywacji procesu; T - temperatura (mierzona w kelwinach, a nie stopniach Celsjusza); R jest stałą gazową charakterystyczną dla gazu doskonałego.

Oprócz wszystkich powyższych, na szybkość dyfuzji w ciałach stałych, cieczach w gazach wpływa ciśnienie i promieniowanie (indukcyjne lub o wysokiej częstotliwości). Ponadto wiele zależy od obecności substancji katalitycznej, często działa ona jako mechanizm wyzwalający rozpoczęcie aktywnego rozpraszania cząstek.

Równanie dyfuzji

To zjawisko jest prywatny widok Równania różniczkowe cząstkowe.

Jego celem jest znalezienie zależności stężenia substancji od wielkości i współrzędnych przestrzeni (w której się rozprasza) oraz czasu. W tym przypadku podany współczynnik charakteryzuje przepuszczalność ośrodka dla reakcji.

Najczęściej równanie dyfuzji zapisuje się następująco: ∂φ (r,t)/∂t = ∇ x .

W nim φ (t i r) jest gęstością materiału rozpraszającego w punkcie r w czasie t. D (φ, r) jest uogólnionym współczynnikiem dyfuzji przy gęstości φ w punkcie r.

∇ jest wektorowym operatorem różniczkowym, którego składowe współrzędnych są pochodnymi cząstkowymi.

Gdy współczynnik dyfuzji zależy od gęstości, równanie jest nieliniowe. Kiedy nie - liniowy.

Rozważając definicję dyfuzji i cechy tego procesu w różnych mediach, można zauważyć, że ma on zarówno pozytywne, jak i negatywne strony.