Fizikadagi koʻp sonli hodisalar orasida diffuziya jarayoni eng oddiy va tushunarlilaridan biridir. Axir, har kuni ertalab o'zini xushbo'y choy yoki qahva tayyorlab, odam bu reaktsiyani amalda kuzatish imkoniyatiga ega. Keling, bu jarayon va uning turli agregat holatlarida yuzaga kelish shartlari haqida koʻproq bilib olaylik.
Diffuziya nima
Bu soʻz bir moddaning molekulalari yoki atomlarining boshqa bir moddaning oʻxshash tuzilish birliklari orasiga kirib borishini bildiradi. Bunday holda, penetratsion birikmalarning konsentratsiyasi tekislanadi.
Bu jarayon birinchi marta 1855-yilda nemis olimi Adolf Fik tomonidan batafsil tavsiflangan
Bu atamaning nomi lotincha diffusio (oʻzaro taʼsir, tarqalish, taqsimot) soʻz birikmasidan hosil boʻlgan.
Suyuqlikda diffuziya
Ko'rib chiqilayotgan jarayon barcha uchta agregat holatidagi moddalar bilan sodir bo'lishi mumkin: gazsimon, suyuq va qattiq. Buning amaliy misollari uchun qarangoshxona.
Panchkada qaynatilgan borsch shulardan biridir. Harorat ta'sirida glyukozin betanin molekulalari (ko'k qizil rangga ega bo'lgan modda) suv molekulalari bilan teng ravishda reaksiyaga kirishib, unga o'ziga xos bordo rang beradi. Bu holat suyuqlikdagi diffuziyaga misoldir.
Bu jarayonni borschdan tashqari bir stakan choy yoki qahvalarda ham ko’rish mumkin. Bu ikkala ichimlik suvda erigan choy barglari yoki qahva zarralari uning molekulalari o'rtasida teng ravishda tarqalib, uni bo'yab qo'yishi sababli bir xil boy soyaga ega. 90-yillarning barcha mashhur eriydigan ichimliklarining harakati bir xil printsip asosida qurilgan: Yupi, Invite, Zuko.
Gazlarning oʻzaro kirib borishi
Oshxonada koʻrib chiqilayotgan jarayonning koʻrinishlarini izlashda davom etar ekanmiz, ovqatlanish stolidagi yangi gullar dastasidan taralayotgan yoqimli hiddan bahramand boʻlishga arziydi. Nega bu sodir bo'lmoqda?
Hid tashuvchi atomlar va molekulalar faol harakatda boʻlib, natijada havodagi zarrachalar bilan aralashib ketadi va xona hajmida bir tekis taqsimlanadi.
Bu gazlardagi diffuziyaning ko`rinishi. Shuni ta'kidlash kerakki, havoning juda inhalatsiyasi ham ko'rib chiqilayotgan jarayonga, shuningdek oshxonada yangi pishirilgan borschning ishtahani ochuvchi hidiga tegishli.
Qattiq jismlarda diffuziya
Gulli oshxona stoli yorqin sariq dasturxon bilan qoplangan. U tufayli shu kabi soya oldidiffuziyaning qattiq jismlardan o'tish qobiliyati.
Tolvaga bir xil rang berish jarayoni bir necha bosqichda amalga oshiriladi.
- Sariq pigment zarralari siyoh idishida tolali material tomon tarqaldi.
- Keyin ular bo'yalgan matoning tashqi yuzasi tomonidan so'riladi.
- Keyingi qadam yana bo'yoqni tarqatish edi, lekin bu safar tarmoq tolalariga.
- Finalda mato pigment zarralarini mahkamladi va shu tariqa rangga aylandi.
Gazlarning metallarda tarqalishi
Odatda bu jarayon haqida gapirganda moddalarning bir xil agregat holatidagi oʻzaro taʼsirini koʻrib chiqamiz. Masalan, qattiq jismlarda, qattiq jismlarda diffuziya. Bu hodisani isbotlash uchun bir-biriga bosilgan ikkita metall plastinka (oltin va qo'rg'oshin) bilan tajriba o'tkaziladi. Ularning molekulalarining o'zaro kirib borishi juda uzoq vaqtni oladi (besh yilda bir millimetr). Bu jarayon noodatiy zargarlik buyumlarini yasash uchun ishlatiladi.
Biroq, turli agregat holatlardagi birikmalar ham tarqala oladi. Masalan, qattiq jismlarda gazlarning tarqalishi bor.
Tajribalar davomida bunday jarayonning atom holatida borishi isbotlangan. Uni faollashtirish uchun, qoida tariqasida, harorat va bosimni sezilarli darajada oshirish kerak.
Qattiq jismlardagi bunday gazsimon diffuziyaga vodorod korroziyasini misol qilib keltirish mumkin. U qanday holatlarda o'zini namoyon qiladiYuqori haroratlar ta'sirida (200 dan 650 darajagacha) ba'zi kimyoviy reaktsiyalar jarayonida paydo bo'lgan vodorod atomlari (N2) metallning strukturaviy zarrachalari orasiga kirib boradi.
Qattiq jismlarda vodoroddan tashqari kislorod va boshqa gazlarning diffuziyasi ham sodir boʻlishi mumkin. Ko'zga sezilmaydigan bu jarayon juda ko'p zarar keltiradi, chunki uning tufayli metall konstruktsiyalar qulashi mumkin.
Suyuqliklarning metallarda tarqalishi
Biroq nafaqat gaz molekulalari qattiq jismlarga, balki suyuqliklarga ham kira oladi. Vodorod misolida bo'lgani kabi, ko'pincha bu jarayon korroziyaga olib keladi (metalllar haqida gap ketganda).
Qattiq jismlarda suyuqlik tarqalishining klassik misoli suv (H2O) yoki elektrolit eritmalari ta'sirida metallarning korroziyasidir. Ko'pchilik uchun bu jarayon zanglash nomi ostida ko'proq tanish. Vodorod korroziyasidan farqli o'laroq, amalda u bilan tez-tez uchrashish kerak.
Diffuziyani tezlashtirish shartlari. Diffuziya koeffitsienti
Ko'rib chiqilayotgan jarayon sodir bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar bilan shug'ullangandan so'ng, uning paydo bo'lish shartlarini o'rganishga arziydi.
Birinchidan, diffuziya tezligi o’zaro ta’sir qiluvchi moddalarning agregat holatiga bog’liq. Reaksiya sodir bo'ladigan materialning zichligi qanchalik katta bo'lsa, uning tezligi shunchalik sekin bo'ladi.
Shu munosabat bilan suyuqlik va gazlardagi diffuziya har doim qattiq moddalarga qaraganda faolroq boʻladi.
Masalan, agar kristallarkaliy permanganat KMnO4 (kaliy permanganat) suvga tashlang, ular unga chiroyli malina rangini beradi bir necha daqiqada Rang. Ammo, agar siz KMnO4 kristallarini bir bo'lak muzga sepib, hammasini muzlatgichga qo'ysangiz, bir necha soatdan keyin kaliy permanganat paydo bo'ladi. muzlatilgan H 2O.
ni toʻliq boʻyab boʻlmaydi
Oldingi misoldan diffuziya shartlari haqida yana bitta xulosa chiqarish mumkin. Agregat holatidan tashqari, harorat zarrachalarning o'zaro kirish tezligiga ham ta'sir qiladi.
Ko'rib chiqilayotgan jarayonning unga bog'liqligini hisobga olish uchun diffuziya koeffitsienti kabi tushunchani o'rganishga arziydi. Bu uning tezligining miqdoriy xarakteristikasining nomi.
Aksariyat formulalarda u bosh lotin harfi D bilan belgilanadi va SI tizimida u sekundiga kvadrat metr (m²/s), baʼzan sekundiga santimetr (sm2) bilan oʻlchanadi. /m).
Diffuziya koeffitsienti har ikki sirtdagi zichlik farqi (birlik uzunligiga teng masofada joylashgan) bir ga teng bo'lishi sharti bilan, vaqt birligi bo'ylab birlik yuzasiga tarqalgan moddalar miqdoriga teng. D ni aniqlaydigan mezonlar zarrachalarning sochilish jarayoni sodir bo'ladigan moddaning xossalari va ularning turidir.
Koeffitsientning haroratga bogʻliqligini Arrhenius tenglamasi yordamida tavsiflash mumkin: D=D0exp(-E/TR).
Ko'rib chiqilgan formulada E - jarayonni faollashtirish uchun zarur bo'lgan minimal energiya; T - harorat (Tselsiy bo'yicha emas, Kelvinda o'lchanadi); R-ideal gazning gaz konstantasi.
Yuqorida aytilganlarning barchasiga qo'shimcha ravishda, qattiq moddalarda, suyuqliklarda gazlardagi diffuziya tezligiga bosim va nurlanish (induktiv yoki yuqori chastotali) ta'sir qiladi. Bundan tashqari, ko'p narsa katalitik moddaning mavjudligiga bog'liq, ko'pincha u zarrachalarning faol tarqalishini boshlash uchun tetik rolini o'ynaydi.
Diffuzion tenglama
Bu hodisa qisman differensial tenglamaning alohida shaklidir.
Uning maqsadi modda kontsentratsiyasining fazoning (u tarqaladigan) hajmi va koordinatalariga, shuningdek vaqtga bog'liqligini topishdir. Bunday holda, berilgan koeffitsient reaksiya uchun muhitning o'tkazuvchanligini tavsiflaydi.
Ko'pincha diffuziya tenglamasi quyidagicha yoziladi: ∂ph (r, t)/∂t=∇ x [D(ph, r) ∇ ph (r, t)].
Unda ph (t va r) t vaqtdagi r nuqtadagi sochuvchi moddaning zichligi. D (ph, r) - r nuqtadagi ph zichligidagi umumlashtirilgan diffuziya koeffitsienti.
∇ - komponentlari koordinatalarda qisman hosilalar boʻlgan vektor differentsial operatori.
Diffuziya koeffitsienti zichlikka bog'liq bo'lsa, tenglama chiziqli emas. Qachon bo'lmasa - chiziqli.
Diffuziya ta'rifi va bu jarayonning turli muhitdagi xususiyatlarini ko'rib chiqsak, uning ijobiy va salbiy tomonlari borligini ta'kidlash mumkin.
