Difuzarea materiei
În chimie și fizică , difuzia materiei (sau pur și simplu difuzia ) este un fenomen particular prin care are loc transportul de masă .
Inter-difuzare și auto-difuzare
Un exemplu de difuzie este dat de difuzia unui gaz într-un alt gaz sau a unui lichid într-un alt lichid: în acest caz vorbim și de interdifuzie .
Fenomenul difuziei apare și atunci când, de exemplu, un gaz are o densitate diferită de la un punct la altul, astfel încât moleculele de gaz se difuzează prin gazul însuși: în acest caz vorbim de autodifuzie .
Clasificarea după mecanism
Există mai multe mecanisme responsabile de fenomenul de difuzie; fiecare mecanism este modelat folosind diferite modele matematice (adică ecuații diferite). [1]
Unele tipuri de difuzie a materialelor sunt: [1]
- difuzie moleculară
- Difuzie Knudsen
- difuzie superficială
- debit hidrodinamic
- condensare capilară
- curgere vâscoasă .
Mai mult, dacă sunt prezente atât mecanisme de difuzie moleculară, cât și mecanisme de difuzie Knudsen, vorbim de „difuzie de tranziție”. [1]
Clasificarea după forța motrice
În funcție de forța de împingere care determină difuzia, aceasta poate fi împărțită în: [2]
- difuzie obișnuită : dacă transportul materiei este determinat de un gradient de concentrație
- difuzie termică : dacă transportul materiei este determinat de un gradient de temperatură ( efect Soret )
- difuzie datorată presiunii : dacă transportul materiei este determinat de un gradient de presiune
- difuzie forțată : dacă transportul materiei este determinat de diferite tipuri de forțe care acționează asupra componentelor sistemului.
Circulația obișnuită
Un exemplu de difuzie obișnuită poate apărea într-un sistem binar (adică format din două componente) solut - solvent (adică o soluție ), atunci când solutul este dizolvat în solvent.
De exemplu, fenomenul difuziei obișnuite poate fi observat prin introducerea unui mic cristal de permanganat de potasiu (KMnO 4 ) într-un pahar care conține apă. Permanganatul de potasiu se va comporta în acest caz ca un solut, în timp ce apa reprezintă solventul. Permanganatul de potasiu, inițial solid, la dizolvarea în apă capătă o culoare roșiatică, mai intens (roșu aprins) în zonele în care este prezent cu o concentrație mai mare și mai puțin intens (roz) în zonele în care este prezent cu o concentrație mai mică .
Se observă experimental că pata roșie se extinde treptat în timp și, odată cu aceasta, zona roșie mai puțin intensă care o înconjoară: încetul cu încetul diferența dintre cele două scade până când soluția capătă o culoare roz uniformă. Din punct de vedere fizic, a existat un fenomen de difuzie din zona cu o concentrație mai mare către zonele înconjurătoare cu o concentrație mai mică, adică este în prezența unei difuzii obișnuite. [3]
Timpul necesar pentru ca soluția să capete o culoare uniformă depinde de viteza de difuzie , adică de coeficientul de difuzie al solutului din solvent.
Difuzie pe părțile laterale ale unei membrane
Dacă concentrația de masă pe laturile unui sept poros este neuniformă (adică dacă există un gradient de concentrație ), masa în exces se difuzează spontan din regiunea cu o concentrație mai mare la cea cu o concentrație mai mică. [4]
Tratament teoretic
În cazul autodifuziunii moleculare obișnuite, se poate calcula numărul de molecule care difuzează pe o suprafață într-un interval de timp, adică fluxul de molecule. Este numărul de molecule care trec prin suprafață în direcția z în timp :
unde este:
- este gradientul de concentrație ;
- n este numărul de molecule pe unitate de volum , deci densitatea sau concentrația de -a lungul axei z ;
- D este o constantă numită coeficient de difuzie a materiei .
Deci difuzia obișnuită este prezentă atunci când există un gradient de concentrație altul decât zero. Dacă temperatura este constantă, moleculele au aceeași energie, deci gradientul de concentrație este echivalent cu existența unui gradient de presiune (parțial în cazul interdiffuziei gazelor).
Efectul temperaturii
Difuzia este asociată cu mișcarea aleatorie a speciilor chimice datorită agitației termice .
Pe măsură ce temperatura crește, fenomenul de agitație termică este mai evident, astfel încât fenomenul de difuzie este facilitat.
Notă
Bibliografie
- R. Byron Bird, Warren E. Stewart, Edwin N. Lightfoot, Fenomene de transport , editat de Enzo Sebastiani, Milano, editura Ambrosian, 1979, ISBN 88-408-0051-4 .
- ( EN ) Frank P. Incropera, David P. DeWitt, Theodore L. Bergman, Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer , ediția a VI-a, Wiley, 2006, ISBN 0-471-45728-0 .
Elemente conexe
- Difuzie superficială
- Gradient de concentrație
- Schimb de materii
- Transport activ
- Transport pasiv
- Difuzivitatea materiei
- Legile lui Fick
- Relația Einstein - Smoluchowski
Alte proiecte
- Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre diseminarea materiei
linkuri externe
- (EN)Diffusion , pe doitpoms.ac.uk.
- ( RO ) Transport în pori mici , pe sinnott.mse.ufl.edu . Accesat la 3 august 2012 (arhivat din original la 29 octombrie 2009) .
- Materiale pentru electronică - Difuzare ( PDF ), pe unielettronica.altervista.org .
- Determinarea masei moleculare a unui gaz pe baza ratei de difuzie , pe itchiavari.org .
Controlul autorității | NDL ( EN , JA ) 00564757 |
---|