Диффузия

Кіріспе. Біз тек газдар мен қатты заттардың қасиеттерін қарастырдық және сұйықтықтардың қасиеттерін талқыламадық. Сұйық күйді газбен және қатты күймен салыстырғанда теориялық тұрғыдан түсіндіру әлдеқайда қиын. Бұл күйлердің (қатты және газ) жеткілікті төмен (немесе жоғары) температурада және жеткілікті жоғары (немесе төмен) қысымда кез келген зат үшін шекті екендігімен анықталады. Сұйық күй табиғатта аралық болып табылады. Әрине, критикалық нүктенің жанында сұйықтық газға, ал балқу температурасына жақын температурада қатты денеге жақын.

Бұл жағдай сұйықтықтың "мінсіз моделінің" болмауына әкеледі. Газ үшін бұл тамаша газ, қатты үшін-тамаша кристалл. Нақты газдар теориялары да, қатты денелер теориясы да идеалды күйлерден ауытқулардың сипаттамасы ретінде құрылады. Сұйықтықтың идеалды моделінің болмауы сұйықтықтың жалпы теориясын тұжырымдау қиындықтарына әкеледі Мұндай теория сұйықтықтың тепе - теңдік термодинамикалық қасиеттерін, оның энтальпиясын, энтропиясын, күй теңдеуін, қату температурасын, беттік керілуді және т.б. түсіндіруі керек. Ақырында, мұндай теория әртүрлі сәулелену сұйықтықтарымен және ең алдымен рентген сәулелерімен шашырау құбылыстарын қамтуы керек. Соңғы жылдары сұйықтық теориясы бірқатар маңызды жетістіктерге жетті.Газдардағы ұқсас құбылыстардан сұйықтықтардағы Тасымалдау құбылыстары тасымалдау коэффициенттерінің шамаларында көрінеді.

Диффузия (латын тілінен diffusio - таралу, таралу, дисперсия), заттың тасымалдануына және Концентрациялардың теңестірілуіне немесе олардың тепе-теңдік таралуын орнатуға әкелетін орта бөлшектерінің қозғалысы. Әдетте диффузия бөлшектердің жылу қозғалысымен анықталады. Сыртқы әсерлер болмаған кезде диффузия ағыны концентрация градиентіне пропорционал болады; пропорционалдылық коэффициенті диффузия коэффициенті деп аталады. Диффузия процесі температура айырмашылығының (термодиффузия), электр өрісінің (электродиффузия), турбулентті ағынның (турбулентті диффузия) және т.б. әсерінен болуы мүмкін. Газда немесе сұйықтықта ілінген ірі бөлшектердің (мысалы, түтін немесе суспензия бөлшектері) диффузиясы олардың броундық қозғалысының арқасында жүзеге асырылады. Болашақта, егер арнайы айтылмаса, бұл молекулалық диффузияны білдіреді.

Ең жылдам диффузия газдарда, сұйықтықтарда баяу, қатты денелерде одан да баяу жүреді, бұл осы ортадағы бөлшектердің жылу қозғалысының сипатына байланысты. Әрбір газ бөлшегінің қозғалыс траекториясы сынған сызық болып табылады, өйткені соқтығысқан кезде бөлшектер қозғалыс бағыты мен жылдамдығын өзгертеді. Қозғалыстың бұзылуы әрбір бөлшектің ол тұрған жерінен біртіндеп алыстауына әкеледі, оның түзу сызықтағымещысуы сынған сызық бойымен өтетін жолдан әлдеқайда аз. Сондықтан диффузиялық ену еркін қозғалысқа қарағанда едәуір баяу(иістердің диффузиялық таралу жылдамдығы, мысалы, көп молекулалардың жылдамдығынан аз). Сұйықтықтағы диффузия құбылысы үшін Фик Заңы әділетті

Сұйықтықтарда молекулалардың жылу қозғалысының сипатына сәйкес, диффузия молекулалардың бір уақыттық тепе-теңдік позициясынан екіншісіне ауысуы арқылы жүзеге асырылады. Әрбір секіріс молекулаға көршілес молекулалармен байланысын үзуге және басқа молекулалардың айналасына өтуге жеткілікті энергия туралы хабарлау кезінде пайда болады (жаңа энергетикалық қолайлы жағдайға). Орташа алғанда, секіру молекулааралық қашықтықтан аспайды. Сұйықтықтағы бөлшектердің диффузиялық қозғалысын үйкеліс қозғалысы деп санауға болады, оған Эйнштейннің екінші қатынасы қолданылады: d ~ ukT. Мұнда k-Больцман тұрақты, u-диффузиялық бөлшектердің қозғалғыштығы, яғни. стационарлық үйкеліс қозғалысындағы с бөлшегінің жылдамдығы мен қозғаушы күш F арасындағы пропорционалдылық коэффициенті (с = uF). Егер бөлшектер сфералық симметриялы болса, онда u = 1/6phr, мұндағы h-сұйықтықтың тұтқырлық коэффициенті, r-бөлшектің радиусы. Сұйықтықтағы диффузия коэффициенті температураға байланысты артады, бұл қыздыру кезінде сұйықтық құрылымының "босатылуына" және уақыт бірлігінде секірулер санының сәйкесінше өсуіне байланысты.