Blandt de mange fysiske fænomener er processendiffusion er en af de enkleste og mest forståelige. Når alt kommer til alt, har en person, hver gang han forbereder sig duftende te eller kaffe, muligheden for at observere denne reaktion i praksis. Lad os finde ud af mere om denne proces og betingelserne for dens forekomst i forskellige sammenhængende tilstande.
Dette ord henviser til penetrering af molekyler eller atomer i et stof mellem lignende strukturelle enheder i et andet. I dette tilfælde niveaueres koncentrationen af penetrerende forbindelser.
For første gang blev denne proces beskrevet i detaljer af den tyske videnskabsmand Adolf Fick i 1855.
Navnet på dette udtryk stammede fra det latinske verb substantiv diffusio (interaktion, spredning, distribution).
Den betragtede proces kan forekomme med stoffer i alle tre sammenhængende tilstande: gasformig, flydende og fast stof. For at finde praktiske eksempler på dette skal du bare kigge ind i køkkenet.
Borsch kogt på komfuret er en af dem.Under påvirkning af temperatur reagerer glukosinbetaninmolekyler (et stof, som rødbeder har en så rig, skarlagen farve) jævnt med vandmolekyler, hvilket giver det en unik bordeauxfarvet farvetone. Dette tilfælde er et eksempel på diffusion i væsker.
Ud over borsch kan denne proces ses iet glas te eller kaffe. Begge disse drikkevarer har en så ensartet mættet farvetone på grund af det faktum, at teblader eller kaffepartikler, der opløses i vand, jævnt spredes mellem dets molekyler og farver det. Handlingen med alle populære instant drinks i 90'erne er baseret på det samme princip: Yupi, Invite, Zuko.
Fortsæt med at se yderligere efter manifestationer af den pågældende proces i køkkenet, bør du snuse og nyde den behagelige aroma, der kommer fra en buket med friske blomster på spisebordet. Hvorfor sker dette?
Atomer og molekyler, der bærer lugten, er i aktiv bevægelse og er som et resultat blandet med partikler, der allerede er indeholdt i luften og er ret jævnt spredt i rumets rumfang.
Dette er en manifestation af diffusion i gasser. Det er værd at bemærke, at selve indånding af luft også hører til den undersøgte proces samt den velsmagende lugt af frisklavet borsch i køkkenet.
Køkkenbordet, hvorpå blomsterne står, er dækket med en lysegul dug. Hun fik en lignende skygge på grund af diffusionens evne til at passere i faste stoffer.
Processen med at give lærredet en ensartet skygge finder sted i flere faser som følger.
Overvej normalt at tale om denne procesinteraktion mellem stoffer i samme aggregattilstand. For eksempel er diffusion i faststofindhold faste stoffer. Om bevis for dette fænomen er oplevelsen af to presses sammen af metalplader (guld og bly). Integrationen af molekylerne forekommer i lang tid (en millimeter over fem år). Denne proces anvendes til fremstilling af usædvanlige dekorationer.
Imidlertid er forbindelser i forskellige tilstande af aggregering også i stand til at diffundere. For eksempel er der en diffusion af gasser i faste stoffer.
Under eksperimenterne blev det bevist, at en lignende proces fortsætter i en atomtilstand. For at aktivere det har du som regel brug for en markant stigning i temperatur og tryk.
Et eksempel på sådan gasdiffusion i faste stoffer er brintkorrosion. Det manifesterer sig i situationer, hvor brintatomer (H2) under påvirkning af høje temperaturer (fra 200 til 650 grader celsius) trænger mellem de strukturelle partikler af metal.
Foruden brint, diffusion i faste stofferilt og andre gasser er også i stand til at forekomme. Denne proces, der er usynlig for øjet, bringer meget skade, fordi metalkonstruktioner kan kollapse på grund af den.
Imidlertid kan ikke kun gasmolekyler trænge ind i faste stoffer, men også væsker. Som for brint fører ofte denne proces til korrosion (hvis vi taler om metaller).
Når man har fundet ud af, hvilke stoffer den pågældende proces kan forekomme, er det værd at lære om betingelserne for dets forløb.
Først og fremmest afhænger diffusionshastigheden afaf tilstanden for aggregering af interagerende stoffer. Jo højere densitet af materialet, hvor reaktionen finder sted, desto langsommere er hastigheden.
I denne henseende vil diffusion i væsker og gasser altid finde sted mere aktivt end i faste stoffer.
For eksempel hvis krystaller af kaliumpermanganat KMnO4 (kaliumpermanganat) kastet i vandet, inden for få minutter vil de give den en smuk crimson farve. Men hvis det drysses med KMnO-krystaller4 stykke is og læg det hele i fryseren, efter nogle timer vil kaliumpermanganat ikke være i stand til at farve det frosne N fuldt ud2O.
Fra det foregående eksempel kan vi drage en anden konklusion om diffusionsforholdene. Ud over tilstanden af aggregering påvirker temperaturen også hastigheden for interpenetration af partikler.
For at overveje afhængigheden af den proces, der overvejes, er det værd at lære om et sådant koncept som diffusionskoefficienten. Dette er den kvantitative egenskab ved dens hastighed.
I de fleste formler er det angivet ved hjælp af det store latinske bogstav D og i SI-systemet måles det i kvadratmeter per sekund (m² / s), undertiden i centimeter per sekund (cm2/ m).
Diffusionskoefficient er lig med mængden af stofspredt gennem en overfladeenhed over en tidsenhed, forudsat at forskellen i densiteter på begge overflader (placeret i en afstand lig med en længdeenhed) er lig med en. Kriterierne, der definerer D, er egenskaberne for det stof, hvor selve partikelspredningsprocessen finder sted, og deres type.
Koefficientens temperaturafhængighed kan beskrives ved hjælp af Arrhenius-ligningen: D = D0exp(-E / TR).
I den betragtede formel er E den minimale energi, der kræves for at aktivere processen; T - temperatur (målt af Kelvin, ikke Celsius); R er den konstante gas, der er karakteristisk for en ideel gas.
Ud over alt det ovenstående i hastigheddiffusion i faste stoffer, væsker i gasser påvirkes af tryk og stråling (induktion eller højfrekvens). Derudover afhænger meget af tilstedeværelsen af et katalytisk stof, ofte fungerer det som en udløsende faktor til initiering af aktiv spredning af partikler.
Dette fænomen er en særlig form for den partielle differentialligning.
Hans mål er at finde afhængighed af koncentrationstoffer på rumets dimensioner og koordinater (hvor det diffunderer), samt tid. I dette tilfælde karakteriserer en given koefficient permeabiliteten af mediet til reaktionen.
Oftest er diffusionsligningen skrevet som følger: ∂φ (r, t) / ∂t = ∇ x [D (φ, r) ∇ φ (r, t)].
I det er φ (t og r) densiteten af spredningsstoffet ved punktet r under t. D (φ, r) er den diffusion, generaliserede koefficient for densiteten φ ved punktet r.
∇ er en vektordifferentialoperator, hvis komponenter med hensyn til koordinater hører til partielle derivater.
Når diffusionskoefficienten er densitetsafhængig, er ligningen ikke-lineær. Når ikke, lineær.
Når man har overvejet definitionen af diffusion og funktionerne i denne proces i forskellige miljøer, kan det bemærkes, at den har både positive og negative sider.
