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分子扩散系数

[拼音]:fenzi kuosan xishu

[外文]:molecular diffusivity

表征物质分子扩散能力的物理量,受系统的温度、压力和混合物中组分浓度的影响。根据斐克定律,组分A在组分B中的分子扩散系数,其值等于该物质在单位时间内、单位浓度梯度作用下、经单位面积沿扩散方向传递的物质量。

组分在气体中分子扩散系数约10-5~10-4m2/s,在液体中约为10-9~10-10 m2/s,在固体中约为10-9~10-14 m2/s。分子扩散系数的准确数值是通过实验测定的。气体和液体中的分子扩散系数,也用一些半经验公式估算。

气体中的分子扩散系数

对于压力不太高的双组分气体混合物,将分子结构和运动作适当简化后,用气体分子运动论能够导出计算分子扩散系数的理论式,再根据实验结果作适当修正得出半经验的计算式。例如:

式中DAB为组分A在组分B中的分子扩散系数;MAMB分别为组分A和B的分子量;p为总压力;T为绝对温度;(∑V)A、(∑V)B分别为组分A和B的分子体积。此式的计算值与实测值的平均偏差为4%~7%,对含强极性分子的系统尤欠准确。

液体中的分子扩散系数

曾有人对于稀溶液中溶质的分子扩散作过一些理论分析,导出了如下的关系式:

式中μB为溶剂粘度;F(V)为与混合物分子体积有关的函数。在这个基础上提出的半经验式,可用以计算非电解质组分A在其稀溶液中的分子扩散系数。例如:

式中VA为组分A在正常沸点下的摩尔体积;φB为溶剂的缔合因子,对于水其推荐值为2.6,甲醇为1.9,乙醇为1.5,苯、醚、庚烷等非缔合溶剂为 1.0。此式计算值与实测偏差在13%以内。液体中的分子扩散系数与溶液的浓度密切相关。

固体中的分子扩散系数

若固体内部存在某一组分的浓度梯度, 也会发生扩散, 例如氢气透过橡皮的扩散,锌与铜形成固体溶液时在铜中的扩散,以及粮食内水分的扩散等。物质在固体中的扩散系数随物质的浓度而异,且在不同方向上其数值可能有所不同,目前还不能进行计算。各种物质在固体中的扩散系数差别可以很大,如氢在25℃时在硫化橡胶中为0.85×10-9m2/s,氦在20℃时在铁中为2.6×10-13m2/s。

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文章名称:《分子扩散系数》
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