Швидкість дифузії: закон Фіка, методи, прискорення

Дифузія відноситься до найбільш простим явищам, які вивчаються в рамках курсу фізики. Цей процес можна представити на побутовому щоденному рівні.

Дифузія являє собою фізичний процес взаємного проникнення атомів і молекул однієї речовини між такими ж структурними елементами іншої речовини. Підсумком цього процесу стає вирівнювання рівня концентрації в проникаючих з’єднаннях. Дифузію або змішування можна бачити щоранку на власній кухні, коли відбувається приготування чаю, кави або інших напоїв, до складу яких входить кілька основних компонентів.

Подібний процес перший раз зміг науково описати Адольф Фік в середині 19 століття. Він дав йому оригінальну назву, що перекладається з латинської мови як взаємодія або поширення.

  • температури тіла;
  • агрегатного стану досліджуваного речовини.

У різних газах, де існують дуже великі відстань між молекулами, швидкість дифузії буде найбільшою. У рідинах, де відстань між молекулами помітно менше, швидкість також зменшує свої показники. Найменша швидкість дифузії відзначається в твердих тілах, оскільки в молекулярних зв’язках спостерігається строгий порядок. Атоми і молекули самі роблять незначні коливальні рухи на одному місці. Швидкість протікання дифузії збільшується при зростанні навколишньої температури.

Закон Фіка

Швидкість дифузії прийнято вимірювати кількістю речовини, яка переноситься за одиницю часу. Всі взаємодії повинні здійснюватися через площу поперечного перерізу розчину.

З цього випливає, що швидкість дифузії буде зростати:

  • при підвищенні температури;
  • при підвищенні градієнта концентрації.

Швидкість дифузії зменшується:

  • при збільшенні в’язкості розчинника;
  • при збільшенні розміру дифузуючих частинок.

Якщо молярна маса збільшується, тоді коефіцієнт дифузії зменшується. У цьому випадку швидкість дифузії також зменшується.

Прискорення дифузії

Існують різні умови, які сприяють прискоренню протікання дифузії. Швидкість дифузії залежить від агрегатного стану досліджуваного речовини. Велика щільність матеріалу уповільнює хімічну реакцію. На швидкість взаємодії молекул впливає температурний режим. Кількісною характеристикою швидкості дифузії є коефіцієнт. В системі вимірювань СІ його позначають у вигляді латинської великої літери D. Він вимірюється в квадратних сантиметрах або метрах на секунду часу.

Коефіцієнт дифузії дорівнює кількості речовини, що розподіляється серед іншого речовини через певну одиницю поверхні. Взаємодія має здійснюватися протягом одиниці часу. Для ефектного рішення задачі необхідно домогтися умови, коли різниця щільності на обох поверхнях буде дорівнює одиниці.

Також на швидкість дифузії в твердих тілах, рідини в газах впливає тиск і випромінювання. Випромінювання може бути різних видів, у тому числі індукційне, а також високочастотне. Дифузія починається при впливі певного речовини-каталізатора. Вони часто виступають в ролі пускового механізму для виникнення стабільного процесу розсіювання частинок.

Спеціальні методи дифузії

Сьогодні практично не можна застосувати звичайні методи для визначення молекулярної ваги білків. Вони зазвичай засновані на вимірі:

  • пружності пара;
  • підвищення температури кипіння;
  • зниження температури замерзання розчинів.

Для ефективного вирішення завдання застосовуються спеціальні методи, які розроблені для дослідження речовин з високою молекулярною структурою. Вони припускають визначення швидкості дифузії або в’язкості розчинів.

Метод визначення орієнтації і форми пор по швидкості дифузії заснований на дослідженні швидкостей діалізу. У мембрані повинна відбуватися в цей момент вільна дифузія.

Також для визначення швидкості дифузії натрію можуть застосовуватися різні радіоізотопи. Такий спеціальний метод застосовується для вирішення поставлених завдань в сфері мінералогії та геології.

Активно застосовується метод дифузії, який заснований на визначенні дифузії макромолекул в розчині. Він був розроблений для полімерних матеріалів. Згідно з методом, йде визначення коефіцієнта дифузії, а потім за цими даними дізнаються середньомасову молекулярну масу.

В даний час відсутні прямі методи визначення швидкості дифузії водню в каталізаторі. Для цього використовується так званий другий шлях активації.

Для визначення швидкості прийнято використовувати спеціальні прилади. Вони відрізняються за виглядом від поставлених практичних і наукових завдань.

ПОДІЛИТИСЯ: