Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Закон на дифузията на Греъм
- Законите на Фик за дифузия
- Други интересни факти за дифузионните цени
Дифузията се извършва поради движение на частиците. Частиците в произволно движение, като газови молекули, се блъскат една в друга, следвайки броуновско движение, докато се разпръснат равномерно в дадена област. Дифузия след това е потокът на молекулите от област с висока концентрация към тази с ниска концентрация, докато се достигне равновесие. Накратко, дифузията описва газ, течност или твърдо вещество, разпръскващо се в определено пространство или във второ вещество. Примерите за разпространение включват аромат на парфюм, разпространяващ се в една стая, или капка зелено оцветител за храна, разпръснат в чаша вода. Има няколко начина за изчисляване на скоростта на дифузия.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Не забравяйте, че терминът "процент" се отнася до промяната на количество във времето.
Закон на дифузията на Греъм
В началото на 19 век шотландският химик Томас Греъм (1805-1869) открил количествената връзка, която сега носи неговото име. Законът на Греъм гласи, че скоростта на дифузия на две газообразни вещества е обратно пропорционална на квадратния корен на техните моларни маси. Тази връзка беше постигната, като се има предвид, че всички газове, открити при една и съща температура, показват същата средна кинетична енергия, както е разбрана в Кинетичната теория на газовете. С други думи, законът на Греъм е пряко следствие от газообразните молекули, които имат еднаква средна кинетична енергия, когато са на една и съща температура. Според закона на Греъм дифузията описва смесването на газовете, а скоростта на дифузия е скоростта на това смесване. Обърнете внимание, че Законът на дифузията на Греъм се нарича още Законът за изливането на Греъм, тъй като изливът е специален случай на дифузия. Изливът е явлението, когато газообразните молекули избягат през малка дупка във вакуум, евакуирано пространство или камера. Скоростта на изтичане измерва скоростта, с която този газ се прехвърля в този вакуум, евакуирано пространство или камера. Така че един от начините за изчисляване на скоростта на дифузия или скоростта на изтичане в проблем с думи е да се правят изчисления въз основа на закона на Греъм, който изразява връзката между моларните маси на газовете и степента на дифузия или излив.
Законите на Фик за дифузия
В средата на 19-ти век, роденият в Германия лекар и физиолог Адолф Фик (1829-1901) формулира набор от закони, уреждащи поведението на газ, разпространяващ се през течна мембрана. Първият закон на дифузия на Фик гласи, че потокът или движението на нетните частици в определена зона в рамките на определен период от време е пряко пропорционално на стръмността на градиента. Първият закон на Fick може да бъде написан като:
поток = -D (dC ÷ dx)
където (D) се отнася до коефициента на дифузия и (dC / dx) е градиентът (и е производно в смятане). Така първият закон на Фик главно заявява, че произволното движение на частици от движението на Браунов води до отклоняване или разпръскване на частици от региони с висока концентрация до ниски концентрации - и че скоростта на дрейф или дифузия е пропорционална на градиента на плътността, но в противоположна на този градиент (който отчита отрицателния знак пред дифузионната константа). Докато първият закон на дифузия на Фик описва колко поток има, той всъщност е вторият закон на дифузия на Фик, който допълнително описва скоростта на дифузия и има формата на частично диференциално уравнение. Вторият закон на Фик се описва с формулата:
T = (1 ÷ )х2
което означава, че времето за дифузия се увеличава с квадрата на разстоянието, x. По същество първият и вторият закон на дифузия на Fick предоставят информация за това как градиентите на концентрацията влияят на скоростта на дифузия. Интересното е, че Университетът във Вашингтон е създал деликатес като мнемоничен, за да си спомни как уравненията на Фик помагат при изчисляването на скоростта на дифузия: „Фик казва колко бързо молекулата ще се разсейва. Delta P пъти A пъти k над D е законът да се използва…. Разликата в налягането, повърхностната площ и константа k се умножават заедно. Те са разделени чрез дифузионна бариера, за да се определи точната скорост на разпространение. "
Други интересни факти за дифузионните цени
Дифузия може да възникне в твърди частици, течности или газове. Разбира се, дифузията протича най-бързо в газовете и най-бавна в твърдите вещества. Скоростта на дифузия може също да бъде повлияна от няколко фактора. Повишената температура например ускорява скоростта на дифузия. По подобен начин, частицата, която се дифундира и материалът, в който се дифузира, може да повлияе на скоростта на дифузия. Забележете например, че полярните молекули дифундират по-бързо в полярна среда, като вода, докато неполярните молекули са несмесими и по този начин трудно се дифундират във вода. Плътността на материала е още един фактор, влияещ на скоростта на дифузия. Разбираемо, по-тежките газове дифундират много по-бавно в сравнение с по-леките им колеги. Освен това, размерът на зоната на взаимодействие може да повлияе на скоростта на дифузия, което се доказва от аромата на домашно готвене, разпръскващ се на малка площ по-бързо, отколкото в по-голяма зона.
Освен това, ако дифузията се извършва срещу градиент на концентрация, трябва да има някаква форма на енергия, която улеснява дифузията. Помислете как водата, въглеродният диоксид и кислородът лесно могат да преминават през клетъчните мембрани чрез пасивна дифузия (или осмоза, в случай на вода). Но ако голяма нелипидна разтворима молекула трябва да премине през клетъчната мембрана, тогава е необходим активен транспорт, в който стъпва високоенергийната молекула на аденозин трифосфат (АТФ), за да се улесни дифузията в клетъчните мембрани.