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分子擴散系數(shù)molecular diffusivity

時間：2020-03-01 來源：網(wǎng)絡(luò) 瀏覽：
表征物質(zhì)分子擴散能力的物理量，受系統(tǒng)的溫度、壓力和混合物中組分濃度的影響。根據(jù)斐克定律，組分A在組分B中的分子擴散系數(shù)，其值等于該物質(zhì)在單位時間內(nèi)、單位濃度梯度作用下、經(jīng)單位面積沿擴散方向傳遞的物質(zhì)量。
　　組分在氣體中分子擴散系數(shù)約10-5～10-4m2/s，在液體中約為10-9～10-10 m2/s，在固體中約為10-9～10-14 m2/s。分子擴散系數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值是通過實驗測定的。氣體和液體中的分子擴散系數(shù)，也用一些半經(jīng)驗公式估算。
　　氣體中的分子擴散系數(shù) 　對于壓力不太高的雙組分氣體混合物，將分子結(jié)構(gòu)和運動作適當(dāng)簡化后，用氣體分子運動論能夠?qū)С鲇嬎惴肿訑U散系數(shù)的理論式，再根據(jù)實驗結(jié)果作適當(dāng)修正得出半經(jīng)驗的計算式。例如：
　　　

式中DAB為組分A在組分B中的分子擴散系數(shù)；MA和MB分別為組分A和B的分子量；p為總壓力；T為絕對溫度；(∑V)A、(∑V)B分別為組分A和B的分子體積。此式的計算值與實測值的平均偏差為4％～7％，對含強極性分子的系統(tǒng)尤欠準(zhǔn)確。
　　液體中的分子擴散系數(shù) 　曾有人對于稀溶液中溶質(zhì)的分子擴散作過一些理論分析，導(dǎo)出了如下的關(guān)系式：
　　　　　　　

式中μB為溶劑粘度；F(V)為與混合物分子體積有關(guān)的函數(shù)。在這個基礎(chǔ)上提出的半經(jīng)驗式，可用以計算非電解質(zhì)組分A在其稀溶液中的分子擴散系數(shù)。例如：
　　　

式中VA為組分A在正常沸點下的摩爾體積;φB為溶劑的締合因子，對于水其推薦值為2.6，甲醇為1.9，乙醇為1.5，苯、醚、庚烷等非締合溶劑為 1.0。此式計算值與實測偏差在13％以內(nèi)。液體中的分子擴散系數(shù)與溶液的濃度密切相關(guān)。
　　固體中的分子擴散系數(shù) 　若固體內(nèi)部存在某一組分的濃度梯度， 也會發(fā)生擴散， 例如氫氣透過橡皮的擴散，鋅與銅形成固體溶液時在銅中的擴散，以及糧食內(nèi)水分的擴散等。物質(zhì)在固體中的擴散系數(shù)隨物質(zhì)的濃度而異，且在不同方向上其數(shù)值可能有所不同，目前還不能進(jìn)行計算。各種物質(zhì)在固體中的擴散系數(shù)差別可以很大，如氫在25℃時在硫化橡膠中為0.85×10-9m2/s，氦在20℃時在鐵中為2.6×10-13m2/s。  
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