Међу многим појавама у физици процесдифузија је једна од најједноставнијих и најразумљивијих. На крају крајева, свако јутро, док припрема ароматични чај или кафу за себе, човек има прилику да ову реакцију посматра у пракси. Хајде да сазнамо више о овом процесу и условима за његов ток у различитим агрегатним стањима.
Ова реч се односи на продирање молекула или атома једне супстанце између сличних структурних јединица друге. У овом случају концентрација продирућих једињења је изравнана.
Овај процес је први пут детаљно описао немачки научник Адолф Фицк 1855. године.
Име овог појма настало је од латинске вербалне именице диффусио (интеракција, ширење, дистрибуција).
Процес који се разматра може се десити са супстанцама у сва три агрегациона стања: гасовитом, течном и чврстом. Да бисте пронашли практичне примере овога, само погледајте кухињу.
Борш куван на шпорету један је од њих.Под утицајем температуре, молекули глукозинбетанина (супстанца због које цвекла има тако богату гримизну боју) равномерно реагују са молекулима воде, дајући јој јединствену бордо нијансу. Овај случај је пример дифузије у течностима.
Поред боршча, овај процес се може видети и учашу чаја или кафе. Оба ова пића имају тако уједначену богату нијансу због чињенице да се честице пива или кафе, растварајући се у води, равномерно шире између својих молекула, бојећи је. Акција свих популарних инстант напитака деведесетих изграђена је на истом принципу: Иупи, Инвите, Зуко.
Настављајући даље тражење манифестација дотичног процеса у кухињи, вреди њушкати и уживати у пријатној ароми која избија из букета свежег цвећа на трпезаријском столу. Зашто се то догађа?
Атоми и молекули који преносе мирис су у активном кретању и као резултат тога мешају се са честицама које се већ налазе у ваздуху и прилично су равномерно распршени по запремини просторије.
Ово је манифестација дифузије у гасовима. Вреди напоменути да и само удисање ваздуха такође припада процесу који се разматра, као и мирис воде који свеже припрема боршч у кухињи.
Кухињски сто, на коме је цвеће, прекривен је јарко жутим столњаком. Добила је сличну нијансу због способности дифузије да пролази кроз чврсте материје.
Сам поступак давања платну некакве једнолике нијансе одвија се у неколико фаза како следи.
Обично, говорећи о овом процесу, неко размишљаинтеракција супстанци у истом агрегатном стању. На пример, дифузија у чврстим телима, чврстим супстанцама. Да би се доказала ова појава, изводи се експеримент са две металне плоче (златом и оловом) притиснутом једна о другу. Интерпенетрација њихових молекула траје дуго (један милиметар у пет година). Овај поступак се користи за израду необичног накита.
Међутим, једињења у различитим агрегационим стањима такође могу дифундирати. На пример, постоји дифузија гасова у чврстим супстанцама.
Током експеримената доказано је да се сличан процес одвија у атомском стању. Да би се активирао, по правилу је потребан значајан пораст температуре и притиска.
Пример такве дифузије гаса у чврстим материјама је водонична корозија. Она се манифестује у ситуацијама када атоми водоника (Н2) под утицајем високих температура (од 200 до 650 степени Целзијуса) продиру између структурних металних честица.
Поред водоника, дифузија у чврстим супстанцамакисеоник и други гасови су такође способни да се појаве. Овај процес, неприметан за око, доноси много штете, јер се металне конструкције због њега могу срушити.
Међутим, не само молекули гаса могу продрети у чврсте материје, већ и у течности. Као и у случају водоника, најчешће овај процес доводи до корозије (када су метали у питању).
Након што смо се позабавили супстанцама у којима се процес који се разматра може догодити, вреди сазнати о условима за његов ток.
Пре свега, брзина дифузије зависи оду ком агрегатном стању су супстанце које међусобно делују. Што је већа густина материјала у којем се одвија реакција, то је његова брзина спорија.
С тим у вези, дифузија у течностима и гасовима ће увек бити активнија него у чврстим делима.
На пример, ако су кристали калијум перманганата КМнО4 (калијум перманганат) бачени у воду, у року од неколико минута добиће прелепу гримизну боју. Међутим, ако се посипа кристалима КМнО4 комад леда и све то ставите у замрзивач, након неколико сати калијум перманганат неће моћи у потпуности да обоји смрзнути Н2О ТОМЕ.
Из претходног примера може се извући још један закључак о условима дифузије. Поред агрегатног стања, температура утиче и на брзину продирања честица.
Да би се размотрила зависност процеса који се о њему разматра, вреди научити такав концепт као коефицијент дифузије. Ово је назив квантитативне карактеристике његове брзине.
У већини формула се означава великим латиничним словом Д, а у СИ систему мери се у квадратним метрима у секунди (м2 / с), понекад у центиметрима у секунди (цм2/ м).
Коефицијент дифузије једнак је количини супстанцерасипање кроз јединицу површине током јединице времена, под условом да је разлика густине на обе површине (смештене на растојању једнакој јединици дужине) једнака јединици. Критеријуми који одређују Д су својства супстанце у којој се одвија процес расипања честица и њихов тип.
Зависност коефицијента од температуре може се описати помоћу Аррениус-ове једначине: Д = Д0екп(-Е / ТР).
У разматраној формули, Е је минимална енергија потребна за активирање процеса; Т - температура (измерена у Келвинима, а не у Целзијусу); Р је карактеристика гасне константе идеалног гаса.
Поред свега наведеног и за брзинудифузија у чврстим течностима, течност у гасовима је под утицајем притиска и зрачења (индуктивних или високих фреквенција). Поред тога, много тога зависи од присуства каталитичке супстанце; она често делује као окидач за почетак активне дисперзије честица.
Ова појава је посебан облик једначине парцијалних диференцијала.
Његов циљ је да пронађе зависност концентрацијематерија на величину и координате простора (у коме се дифундује), као и време. У овом случају, дати коефицијент карактерише пропустљивост медијума за реакцију.
Најчешће се једначина дифузије записује на следећи начин: ∂φ (р, т) / ∂т = ∇ к [Д (φ, р) ∇ φ (р, т)].
У њему је φ (т и р) густина распршујуће материје у тачки р у тренутку т. Д (φ, р) је генерализовани коефицијент дифузије у густини φ у тачки р.
∇ је векторски диференцијални оператор, чије се компоненте у координатама називају делимичним изводима.
Када је коефицијент дифузије зависан од густине, једначина је нелинеарна. Кад не, линеарно.
Размотривши дефиницију дифузије и особине овог процеса у различитим медијима, можемо приметити да он има и позитивне и негативне стране.
