Difuzarea materiei

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare
Difuzia obișnuită a unei componente chimice de la suprafața unui solid în vrac (partea solidului suficient de departe de regiunile solidului în sine în care au loc schimburile de materie, impuls și căldură, pentru a nu percepe efectele ) a solidului în sine

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]

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

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Membrană semipermeabilă .
Schema procesului de difuzie pe părțile laterale ale unei membrane: în stânga există o concentrație mai mare de substanțe dizolvate, în dreapta o concentrație mai mică de substanțe dizolvate, pentru care difuzia obișnuită a solutului (adică în absența altor forțe de împingere în afară de gradient de concentrare) apare de la stânga la dreapta. Dacă soluția nu poate trece, există o difuzie a solventului spre stânga.

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

Pictogramă lupă mgx2.svg Același subiect în detaliu: Legile lui Fick .

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:

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

  1. ^ A b c(EN) Roy, S., și colab., Modelarea fluxului de gaze prin microcanale și nanopori. Journal of Applied Physics, 2003. 93 (8): p. 4870-4879
  2. ^ Pasăre , pp. 505-506 .
  3. ^ Pasăre , p. 505 .
  4. ^ Adică se stabilește un flux de masă.

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

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 00564757