من بين العديد من الظواهر في الفيزياء ، وهذه العمليةنشر هو واحد من أبسط وأكثرها مفهومة. بعد كل شيء ، كل صباح ، أثناء إعداده للشاي أو القهوة العطرية ، يتمتع الشخص بفرصة مراقبة رد الفعل هذا في الممارسة العملية. دعنا نتعرف أكثر على هذه العملية وشروط حدوثها في حالات التجميع المختلفة.
تشير هذه الكلمة إلى تغلغل جزيئات أو ذرات مادة ما بين الوحدات الهيكلية المماثلة للآخر. في هذه الحالة ، يتم تركيز تركيز اختراق المركبات.
لأول مرة وصفت هذه العملية بالتفصيل من قبل العالم الألماني أدولف فيك في عام 1855.
اسم هذا المصطلح مشتق من الاسم الفعل اللاتيني diffusio (التفاعل ، التشتت ، التوزيع).
يمكن أن تحدث العملية قيد الدراسة بمواد في جميع حالات التجميع الثلاثة: الغازية والسائلة والصلبة. للعثور على أمثلة عملية لذلك ، تحتاج فقط إلى النظر إلى المطبخ.
بورش المطبوخ على الموقد هو واحد منهم.تحت تأثير درجة الحرارة ، تتفاعل جزيئات بيتانين الجلوكوزين (وهي مادة ناتجة عن وجود لون قرمزي غني بالبنجر) بالتساوي مع جزيئات الماء ، مما يعطيها صبغة فريدة من نوعها. هذه الحالة مثال على الانتشار في السوائل.
بالإضافة إلى البرش ، يمكن رؤية هذه العملية فيهاكوب من الشاي أو القهوة. كل من هذه المشروبات لها مثل هذا اللون المشبع الموحد بسبب حقيقة أن أوراق الشاي أو جزيئات القهوة ، تذوب في الماء ، تنتشر بالتساوي بين جزيئاتها ، وتلوينها. ويستند عمل جميع المشروبات الفورية شعبية من التسعينات على نفس المبدأ: Yupi ، Invite ، Zuko.
متابعة للبحث عن مظاهر العملية المذكورة في المطبخ ، يجب أن تشم وتستمتع بالرائحة اللطيفة التي تأتي من باقة من الزهور الطازجة على طاولة الطعام. لماذا يحدث هذا؟
الذرات والجزيئات التي تحمل الرائحة في حالة حركة نشطة ، ونتيجة لذلك ، تمتزج مع الجسيمات الموجودة بالفعل في الهواء وتنتشر بشكل متساو إلى حد ما في حجم الغرفة.
هذا هو مظهر من مظاهر الانتشار في الغازات. تجدر الإشارة إلى أن استنشاق الهواء نفسه ينتمي أيضًا إلى العملية قيد النظر ، وكذلك رائحة المقبلات من البرش المطبوخ حديثًا في المطبخ.
طاولة المطبخ ، التي تقف عليها الزهور ، مغطاة بملاءة صفراء زاهية. تلقت ظلال مماثلة بسبب قدرة الانتشار على المرور في المواد الصلبة.
تتم عملية إعطاء القماش بعض الظل الموحد على عدة مراحل على النحو التالي.
عادة ، والحديث عن هذه العملية ، والنظر فيتفاعلات المواد في نفس الحالات الكلية. على سبيل المثال ، الانتشار في المواد الصلبة والمواد الصلبة. لإثبات هذه الظاهرة ، يتم إجراء تجربة مع اثنين من لوحات معدنية الضغط على بعضها البعض (الذهب والرصاص). يستغرق التداخل بين الجزيئات وقتاً طويلاً (ملليمتر واحد في خمس سنوات). هذه العملية تستخدم لصنع مجوهرات غير عادية.
ومع ذلك ، فإن المركبات في حالات التجميع المختلفة قادرة أيضًا على الانتشار. على سبيل المثال ، هناك انتشار للغازات في المواد الصلبة.
خلال التجارب ، ثبت أن عملية مماثلة تستمر في حالة ذرية. لتنشيطه ، كقاعدة عامة ، تحتاج إلى زيادة كبيرة في درجة الحرارة والضغط.
مثال على انتشار الغاز في المواد الصلبة هو تآكل الهيدروجين. يتجلى في الحالات التي تكون فيها ذرات الهيدروجين (H2) تحت تأثير درجات الحرارة العالية (من 200 إلى 650 درجة مئوية) اختراق بين الجزيئات الهيكلية للمعادن.
بالإضافة إلى الهيدروجين ، وانتشار المواد الصلبةالأكسجين والغازات الأخرى هي أيضا قادرة على الحدوث. هذه العملية ، غير المرئية للعين ، تسبب الكثير من الضرر ، لأن الهياكل المعدنية يمكن أن تنهار بسببها.
ومع ذلك ، لا يمكن فقط لجزيئات الغاز اختراق المواد الصلبة ، ولكن أيضًا السوائل. كما في حالة الهيدروجين ، غالبًا ما تؤدي هذه العملية إلى التآكل (إذا كنا نتحدث عن المعادن).
بعد التعرف على المواد التي يمكن أن تحدثها العملية المعنية ، يجدر بنا التعرف على شروط مسارها.
بادئ ذي بدء ، تعتمد سرعة الانتشار علىحالة تجميع المواد المتفاعلة. كلما زادت كثافة المادة التي يحدث فيها التفاعل ، كلما كانت سرعتها أبطأ.
في هذا الصدد ، سوف يحدث الانتشار في السوائل والغازات دائمًا بشكل أكثر نشاطًا منه في المواد الصلبة.
على سبيل المثال ، إذا بلورات برمنجنات البوتاسيوم KMnO4 (برمنجنات البوتاسيوم) ألقيت في الماء ، في غضون بضع دقائق سوف يعطونه لون قرمزي جميل. ومع ذلك ، إذا رش مع بلورات KMnO4 قطعة من الثلج ووضعها في الفريزر ، بعد بضع ساعات ، لن تتمكن برمنجنات البوتاسيوم من تلوين N المجمدة بالكامل2O.
من المثال السابق ، يمكن للمرء أن يستخلص استنتاجًا آخر حول شروط الانتشار. بالإضافة إلى حالة التجميع ، تؤثر درجة الحرارة أيضًا على معدل تداخل الجزيئات.
للنظر في الاعتماد عليها في العملية قيد النظر ، يجدر التعلم عن مفهوم مثل معامل الانتشار. هذه هي الخاصية الكمية لسرعتها.
يشار في معظم الصيغ باستخدام الحرف اللاتيني D الكبير وفي نظام SI يقاس بالأمتار المربعة في الثانية (م² / ثانية) وأحيانًا بالسنتيمترات في الثانية (سم)2/ م).
معامل الانتشار يساوي كمية المادةمبعثرة عبر وحدة من السطح على وحدة زمنية ، شريطة أن يكون الفرق في الكثافة على كلا السطحين (متباعد على مسافة وحدة طول) يساوي واحد. المعايير التي تحدد D هي خصائص المادة التي تحدث فيها عملية انتثار الجسيمات نفسها ونوعها.
يمكن وصف الاعتماد على درجة الحرارة للمعامل باستخدام معادلة أرينيوس: D = D0exp(-E / TR).
في الصيغة المدروسة ، تمثل E الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لتنشيط العملية ؛ T - درجة الحرارة (تقاس كلفن ، وليس مئوية) ؛ R هي خاصية الغاز الثابت للغاز المثالي.
بالإضافة إلى كل ما سبق ، في السرعةانتشار المواد الصلبة ، تتأثر السوائل في الغازات بالضغط والإشعاع (الحث أو التردد العالي). بالإضافة إلى ذلك ، يعتمد الكثير على وجود مادة حفازة ، وغالبًا ما يكون بمثابة محفز لبدء تشتت نشط للجزيئات.
هذه الظاهرة هي شكل معين من المعادلات التفاضلية الجزئية.
هدفه هو العثور على الاعتماد على التركيزالمواد على أبعاد وإحداثيات الفضاء (الذي ينتشر فيه) ، وكذلك الوقت. علاوة على ذلك ، يميز معامل معين نفاذية الوسيط للتفاعل.
في أغلب الأحيان ، تُكتب معادلة الانتشار على النحو التالي: ∂φ (r، t) / ∂t = ∇ x [D (φ، r) ∇ φ (r، t)].
في ذلك ، φ (t و r) هي كثافة مادة الانتثار عند النقطة r خلال t. D (φ، r) هي معامل الانتشار المعمم للكثافة φ عند النقطة r.
operator عامل تفاضلي متجه ، حيث تنتمي مكوناته فيما يتعلق بالإحداثيات إلى مشتقات جزئية.
عندما يعتمد معامل الانتشار على الكثافة ، تكون المعادلة غير خطية. عندما لا ، الخطي.
بعد النظر في تعريف الانتشار وميزات هذه العملية في بيئات مختلفة ، تجدر الإشارة إلى أن لها جوانب إيجابية وسلبية.
