Диффузия

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового движения.

Процесс диффузии является необратимым, он протекает до полного выравнивания концентраций, так как хаотическое распределение частиц отвечает максимальной энтропии системы.

Для количественного описания диффузии используется первый закон Фика:

, (9.3)

где m – количество продиффундировавшего вещества; D – коэффициент диффузии; – градиент концентрации; S – площадь, через которую происходит диффузия; – продолжительность диффузии.

Знак минус перед правой частью уравнения (9.3) стоит потому, что производная отрицательна, так как с увеличением х концентрация уменьшается.

Часто для описания диффузии используется удельный поток диффузии – количество вещества, диффундирующее за единицу времени через сечение единичной площади.

(9.4)

Из этого уравнения виден физический смысл коэффициента диффузии D. Коэффициент диффузии численно равен количеству вещества, диффундирующего через единицу площади в единицу времени при градиенте концентрации, равном единице.

А. Эйнштейн (1908) вывел уравнение, связывающее коэффициент диффузии D с абсолютной температурой Т, вязкостью дисперсионной среды и радиусом частиц дисперсной фазы r:

(9.5)

Связь между средним квадратичным сдвигом частиц и коэффициентом диффузии дает уравнение Эйнштейна—Смолуховского:

(9.6)

Из уравнения (9.6) следует, что сдвиг частиц пропорционален не , a .