Физикийн олон үзэгдлүүдийн дотроос тархах процесс нь хамгийн энгийн бөгөөд ойлгомжтой зүйл юм. Эцсийн эцэст, өглөө бүр анхилуун үнэртэй цай эсвэл кофе бэлдэж байхдаа хүн энэ хариу үйлдлийг практик дээр ажиглах боломжтой байдаг. Энэ үйл явц болон өөр өөр нэгтгэсэн төлөвт үүсэх нөхцөл байдлын талаар илүү ихийг олж мэдэцгээе.
Диффуз гэж юу вэ
Энэ үг нь нөгөө бодисын ижил төстэй бүтцийн нэгжүүдийн хооронд нэг бодисын молекул эсвэл атом нэвтрэн орохыг хэлнэ. Энэ тохиолдолд нэвтрэн орох нэгдлүүдийн концентрацийг жигдрүүлнэ.
Энэ үйл явцыг анх 1855 онд Германы эрдэмтэн Адольф Фик дэлгэрэнгүй тайлбарласан
Энэ нэр томъёоны нэр нь латин үгийн diffusio (харилцан, тархалт, тархалт)-аас үүссэн.
Шингэн дэх тархалт
Харгалзаж буй процесс нь хий, шингэн, хатуу гэсэн гурван төлөвт байгаа бодисуудад тохиолдож болно. Үүний практик жишээг харна уугал тогоо.
Зууханд чанасан борщ нь тэдний нэг юм. Температурын нөлөөн дор глюкозин бетанины молекулууд (манжин нь ийм баялаг час улаан өнгөтэй байдаг бодис) усны молекулуудтай жигд урвалд орж, өвөрмөц бургунд өнгө өгдөг. Энэ тохиолдол нь шингэн дэх тархалтын жишээ юм.
Энэ процессыг борщоос гадна аяга цай эсвэл кофенд ч харж болно. Усанд уусдаг цайны навч эсвэл кофены хэсгүүд нь молекулуудын хооронд жигд тархаж, буддаг тул эдгээр ундаа хоёулаа ийм жигд баялаг сүүдэртэй байдаг. Ерээд оны бүх алдартай уусдаг ундаануудын үйл ажиллагаа нь ижил зарчим дээр суурилдаг: Yupi, Invite, Zuko.
Хий хоорондын нэвтрэлт
Гал тогооны өрөөнд байгаа үйл явцын илрэлийг үргэлжлүүлэн хайж, хоолны ширээн дээрх шинэхэн цэцгийн баглаанаас гарах сайхан үнэрийг үнэрлэж, таашаал авах нь зүйтэй. Яагаад ийм зүйл болоод байна вэ?
Үнэр тээгч атом, молекулууд идэвхтэй хөдөлгөөнд оролцож, үүний үр дүнд аль хэдийн агаарт байгаа тоосонцортой холилдож, өрөөний эзэлхүүнд жигд тархсан байдаг.
Энэ нь хий дэх диффузийн илрэл юм. Агаар амьсгалах нь гал тогооны өрөөнд шинэхэн болгосон борщны амтат үнэрээс гадна авч үзэж буй процесст хамаарна гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэй.
Хатуу бодис дахь тархалт
Цэцэгтэй гал тогооны ширээ тод шар өнгийн ширээний бүтээлгээр хучигдсан байдаг. Тэр ачаар ижил төстэй сүүдэр хүлээн авсандиффузийн хатуу биетээр дамжин өнгөрөх чадвар.
Зтон даавуунд жигд сүүдэр өгөх үйл явц нь дараах байдлаар хэд хэдэн үе шаттайгаар явагдана.
- Шар пигментийн хэсгүүд бэхний саванд фиброз материал руу тархав.
- Дараа нь тэдгээрийг будсан даавууны гаднах гадаргууд шингээж авсан.
- Дараагийн алхам нь будгийг дахин тараах байсан ч энэ удаад вэбний утас руу цацна.
- Төгсгөлд нь даавуу нь пигментийн тоосонцорыг тогтоон, улмаар өнгөтэй болсон.
Метал дахь хийн тархалт
Ихэнхдээ энэ үйл явцын талаар ярихдаа нэг агрегацын төлөвт байгаа бодисуудын харилцан үйлчлэлийг авч үзье. Жишээлбэл, хатуу, хатуу биет дэх диффуз. Энэ үзэгдлийг нотлохын тулд бие биенийхээ эсрэг дарагдсан хоёр металл хавтанг (алт, хар тугалга) туршилт хийж байна. Тэдний молекулуудын харилцан нэвтрэлт нь нэлээд удаан хугацаа шаарддаг (таван жилийн дотор нэг миллиметр). Энэ процессыг ер бусын үнэт эдлэл хийхэд ашигладаг.
Гэсэн хэдий ч өөр өөр агрегат төлөвт байгаа нэгдлүүд бас тархах чадвартай. Жишээлбэл, хатуу биет дэх хийн тархалт байдаг.
Туршилтын явцад ийм процесс атомын төлөвт явагддаг нь батлагдсан. Үүнийг идэвхжүүлэхийн тулд, дүрмээр бол температур, даралтыг мэдэгдэхүйц нэмэгдүүлэх шаардлагатай.
Хатуу биет дэх ийм хийн тархалтын жишээ бол устөрөгчийн зэврэлт юм. Энэ нь нөхцөл байдалд илэрдэгӨндөр температурын нөлөөн дор (200-аас 650 хэм хүртэл) химийн урвалын явцад үүссэн устөрөгчийн атомууд (Н2) металлын бүтцийн хэсгүүдийн хооронд нэвтэрдэг.
Хатуу биед устөрөгчөөс гадна хүчилтөрөгч болон бусад хийн тархалт бас тохиолдож болно. Нүдэнд үл мэдэгдэх энэ үйл явц нь маш их хор хөнөөл учруулдаг, учир нь үүнээс болж металл хийцүүд нурж унах аюултай.
Метал дахь шингэний тархалт
Гэсэн хэдий ч хийн молекулууд хатуу биетээс гадна шингэнд ч нэвтэрч чаддаг. Устөрөгчийн нэгэн адил энэ үйл явц нь ихэвчлэн зэврэлтэнд хүргэдэг (металлын хувьд).
Хатуу бие дэх шингэний тархалтын сонгодог жишээ бол ус (H2O) эсвэл электролитийн уусмалын нөлөөн дор металлын зэврэлт юм. Ихэнх хүмүүсийн хувьд энэ үйл явц нь зэврэх нэрээр илүү танил юм. Устөрөгчийн зэврэлтээс ялгаатай нь практикт энэ нь илүү олон удаа тулгардаг.
Тархалтыг хурдасгах нөхцөл. Тархалтын коэффициент
Харгалзан үзэж буй процесс үүсч болох бодисуудтай харьцсаны дараа түүний үүсэх нөхцөл байдлын талаар суралцах нь зүйтэй.
Юуны өмнө тархалтын хурд нь харилцан үйлчлэгч бодисуудын нэгдсэн төлөв байдлаас хамаарна. Урвал явагдаж буй материалын нягтрал их байх тусам түүний хурд багасна.
Үүнтэй холбоотойгоор шингэн болон хий дэх тархалт нь хатуу биетээс үргэлж илүү идэвхтэй байх болно.
Жишээ нь бол талстуудкалийн перманганат KMnO4 (калийн перманганат) усанд хаявал сайхан бөөрөлзгөнө өнгө өгнө. хэдхэн минутын дотор Өнгө. Гэсэн хэдий ч хэрэв та KMnO4 талстыг мөсөн дээр цацаад бүгдийг нь хөлдөөгчинд хийвэл хэдхэн цагийн дараа калийн перманганат үүснэ. хөлдөөсөн H 2O-г бүрэн өнгөөр будаж чадахгүй.
Өмнөх жишээнээс диффузийн нөхцлийн талаар дахин нэг дүгнэлт хийж болно. Агрегатын төлөвөөс гадна температур нь бөөмсийн харилцан нэвтрэх хурдад нөлөөлдөг.
Үзэж буй үйл явцын хамаарлыг харгалзан үзэхийн тулд диффузийн коэффициент гэх мэт ойлголтыг судлах нь зүйтэй. Энэ нь түүний хурдны тоон шинж чанарын нэр юм.
Ихэнх томьёонд үүнийг латин том D үсгээр тэмдэглэсэн бөгөөд SI системд секундэд квадрат метр (м²/с), заримдаа секундэд сантиметрээр (см2) хэмждэг. /м).
Хоёр гадаргуу дээрх нягтын зөрүү (нэгж урттай тэнцүү зайд байрлах) нэгтэй тэнцүү байх нөхцөлд тархалтын коэффициент нь нэгж хугацааны нэгж гадаргууд тархсан бодисын хэмжээтэй тэнцүү байна. D-г тодорхойлох шалгуур нь бөөмийн тархалтын процесс өөрөө явагддаг бодисын шинж чанар, тэдгээрийн төрөл юм.
Коэффициентийн температураас хамаарах хамаарлыг Аррениус тэгшитгэлийг ашиглан тодорхойлж болно: D=D0exp(-E/TR).
Үзэж буй томьёоны Е нь процессыг идэвхжүүлэхэд шаардагдах хамгийн бага энерги; T - температур (Цельсийн биш, Келвинээр хэмжсэн); R-идеал хийн хийн тогтмол шинж чанар.
Дээр дурдсан бүх зүйлээс гадна хатуу, шингэн дэх хий дэх тархалтын хурд нь даралт ба цацраг (индуктив эсвэл өндөр давтамж) нөлөөлдөг. Нэмж дурдахад каталитик бодис байгаа эсэхээс ихээхэн хамаардаг бөгөөд энэ нь ихэвчлэн бөөмсийн идэвхтэй тархалтыг эхлүүлэхэд түлхэц болдог.
Диффузийн тэгшитгэл
Энэ үзэгдэл нь хэсэгчилсэн дифференциал тэгшитгэлийн тодорхой хэлбэр юм.
Түүний зорилго нь тухайн бодисын концентраци орон зайн (түүний тархаж буй) хэмжээ, координат, түүнчлэн цаг хугацаа зэргээс хамаарах хамаарлыг олох явдал юм. Энэ тохиолдолд өгөгдсөн коэффициент нь урвалын орчны нэвчих чадварыг тодорхойлдог.
Ихэнхдээ диффузийн тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичдэг: ∂φ (r, t)/∂t=∇ x [D(φ, r) ∇ φ (r, t)].
Үүн дэх φ (t ба r) нь t цаг хугацааны r цэг дэх тараагч бодисын нягт юм. D (φ, r) - r цэг дэх φ нягт дахь тархалтын ерөнхий коэффициент.
∇ - бүрэлдэхүүн хэсгүүд нь координатаар хэсэгчилсэн дериватив болох вектор дифференциал оператор.
Диффузийн коэффициент нь нягтралаас хамааралтай үед тэгшитгэл нь шугаман бус байна. Үгүй үед - шугаман.
Янз бүрийн орчин дахь диффузийн тодорхойлолт болон энэ үйл явцын онцлогийг авч үзээд эерэг ба сөрөг талтай гэдгийг тэмдэглэж болно.
