Диффузия – это процесс, при котором молекулы одного вещества проникают между молекулами другого, в результате чего происходит самопроизвольное выравнивание их концентрации по всему объему.
Коэффициент диффузии – это количественная характеристика скорости смешивания, которая равняется количеству вещества в массовых единицах, проходящему за определенное время через конкретную единицу площади. И если говорить об определении данного показателя, то стоит знать, что существует несколько вариантов уравнений. Они отличаются зависимо от того, по отношению к какому веществу нужно провести расчет коэффициента диффузии: твердому, например, металлу, газообразному или жидкому.
Коэффициент диффузии для твердых тел
В случае с твердыми телами для определения интересующего показателя используется закон Аррениуса. Чтобы найти коэффициент диффузии (D), определяемый в м2/с, необходимо:
- энергию активации диффузии (Ea) разделить на универсальную газовую постоянную (R – определяется в Дж/(моль⋅K), умноженную на температуру (T – берется в К);
- полученный результат умножить на D0 exp.
Важно знать, что наиболее существенное влияние на коэффициент диффузии твердых тел оказывает именно степень их нагрева. Смешать расплав значительно проще.
Диффузия газов
Скорость смешивания газообразных веществ также находится в прямой зависимости от их температуры. При высоких ее отметках процесс ускоряется. Частично на активность соединения влияет и плотность среды. Что касается формулы, чаще всего используют такой ее вариант: D=1/3*v* λ. Здесь:
- v – средняя скорость частицы;
- λ – усредненная длина свободного пробега частицы газа.
Дополнительно отметим, что формула определения коэффициента диффузии газов не одна. Разные ученые имели свои версии относительно расчета данного показателя.
Диффузия жидкостей
Что касается жидкой среды, то на активность ее смешивания с другой жидкостью также влияет температура. При высоких ее отметках процедура ускоряется. Но здесь важную роль играет и степень вязкости. Чем она выше, тем хуже происходит смешивание. А зависимость величины коэффициента диффузии от температурных показателей жидкой среды выражается с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна по формуле: DT1/DT2=T1/T2* μT2/ μT1, где:
- T1 и T2 – абсолютные температуры;
- μ – динамическая вязкость растворителя.
Так мы узнали основную информацию про факторы, влияющие на коэффициент диффузии, способы определения данной величины.
Подводя итог, отметим, что диффузия с участием ионов, анионов – это сложный процесс, который до сих пор продолжают изучать ученые. К примеру, незнающему человеку сложно понять, как удается получить CaF2 из карбоната кальция и плавиковой кислоты с участием оксида кальция CaO путем соединения компонентов. Это целая система. Безусловно, приблизительно разобраться в ней можно, например, посмотрев схематический рисунок. Но на высоком уровне понять процесс доступно только знающему человеку.
