Общие сведения о диффузии
1. а)Диффузия — это самопроизвольное перемещение частиц {молекул) из области с более высокой в область с более низкой концентрацией. В основе ее — хаотичное тепловое движение данных частиц.
б) В п. 4.8 мы давали практически такое же определение для осмотических
процессов. И находили, что при переходе п молей вещества от концентрации c1
к меньшей концентрации c2уменьшение энергии Гиббса системы равно
 |
в) Отсюда следуют два обстоятельства.
I. Во-первых, диффузия — это те же осмотические процессы, но рассматриваемые на уровне частиц и молекул.
II. Во-вторых, в результате диффузии, как и в осмотических процессах, теплота не поглощается и не выделяется, а все изменение ∆G обусловлено изменением только энтропии системы.
г) Причем, видимо, в ходе диффузии энтропия возрастает, т.к. частицы переходят к менее упорядоченному расположению. Таким образом, диффузия — одно из проявлений второго начала термодинамики.
 |
2. а) Важнейшей характеристикой является поток диффузии в каком-либо на-
правлении, jдиф. Это количество вещества (в молях), диффундирующего в единицу времени через единичное поперечное сечение, перпендикулярное данному направлению:
3. Для диффузии характерны следующие три закона.
 |
I. Первый закон Фика(в одномерном варианте):
а) Суть этого закона в том, чтопоток диффузии в определенном направлении
пропорционален градиенту концентрации вещества в данном направлении.
Иными словами, чем больше разница концентраций между точками пространства, тем сильней диффузия.
б) Знак минус в формуле (21.2, а) обусловлен тем, что диффузия происходит в сторону снижения градиента концентрации (дс/дx < 0), тогда как величина jдиф должна быть положительной.
в) Что касается D, то это — коэффициент диффузии.
 |
II.Второе соотношение — уравнение непрерывности:
а) Чтобы понять его, выделим на направлении диффузии небольшой интервал dx, ограниченный сечениями I и II (рис. 21.2).
Ввиду малости интервала можно полагать, что во
всех его точках концентрация одинакова и равна с.
б) Так вот, уравнение (21.3) констатирует довольно очевидную вещь.
Концентрация вещества в интервале dx изменяется со временем (дc/дt ≠ 0) в том случае, если на границах этого интервала различен диффузионный поток (д jдиф /дx ≠ 0).
 |
в) Действительно, чтобы, например, концентрация убывала со временем, необходимо, чтобы приток вещества в интервал был меньше оттока вещества из интервала:
г) Таким образом, положительный градиент потока диффузии (∂ jдиф/∂х > 0) вызывает снижение концентрации в точках интервала (∂с/∂t < 0), а отрицательный градиент потока – возрастание концентрации.
 |
III.Наконец, третье соотношение — второй закон Фика. Он следует из первых двух законов, если коэффициент диффузии одинаков во всех точках пространства:
откуда
 |
б) Итак,скорость изменения со временем концентрации вещества в некоторой точке пространства пропорциональна второй производной концентрации вещества по направлению диффузии.
4. Завершая краткое изложение сведений о диффузии, отметим также свойст-
ва стационарнойдиффузии.
а) Диффузия называется стационарной, если концентрация вещества в точках пространства, несмотря на диффузию, не меняется:
 |
б) Исходя из законов диффузии, можно установить ещё три признака стационарной диффузии.
I. Первый признак. Так, из второго закона Фика следует: если дc/дt = 0, то
 |
Иначе говоря, убывание концентрации по направлению диффузии происходит линейно.
II. Второй признак. Из уравнения непрерывности получаем: если дc/дt = 0, то
 |
III. Третий признак. И, наконец, используем первый закон Фика:
 |
Два последних свойства означают: при стационарной диффузии поток диффузии не меняется ни со временем, ни по мере перехода от одной точки пространства к другой.
Дата добавления: 2016-03-20; просмотров: 1280;