고체, 액체 및 기체의 확산 : 정의, 조건
물리학의 여러 현상 중에서,확산은 가장 간단하고 이해하기 쉬운 것 중 하나를 가리킨다. 매일 아침, 향기로운 차나 커피를 준비하면, 실제로이 반응을 관찰 할 수있는 기회가 주어집니다. 이 프로세스와 다른 집계 상태에서의 조건에 대해 자세히 알아 보겠습니다.
확산이란 무엇입니까?
이 단어는 한 물질의 분자 또는 원자가 다른 유사한 구조 단위 사이에 침투하는 것을 의미합니다. 침투성 화합물의 농도는 동일하다.
이 과정은 1855 년 독일 과학자 Adolf Fick에 의해 처음 상세히 기술되었다.
이 용어의 이름은 라틴어 명사 diffusio (상호 작용, 확산, 전파)에서 파생되었습니다.
액체에서의 확산
고려중인 공정은 기체, 액체 및 고체의 세 가지 총체 상태의 물질에서 발생할 수 있습니다. 이에 대한 실용적인 예를 찾으려면 주방을 살펴 보는 것입니다.
스토브에 Borshch가 그 중 하나입니다. 글루코 신 베타 닌 (포도씨가 포화 된 주홍 색을 띄는 물질)의 분자의 영향을 받아 물 분자와 균일하게 반응하여 독특한 포도 나무 색조를 갖게됩니다. 이 경우는 액체의 확산의 예입니다.
borscht 외에도이 프로세스는차 또는 커피 한 잔. 이 두 가지 음료는 물에 녹아있는 용융물이나 커피 입자가 분자 사이에 골고루 퍼지고 얼룩이 지므로 너무 균일하게 포화 된 그늘입니다. 똑같은 원칙에 따라 90 년대 인기있는 인스턴트 음료가 모두 만들어졌습니다 : Yupi, Invite, Zuko.
가스의 상호 작용
부엌에서 그 과정을 계속적으로 살펴보기 위해, 식탁 위에 신선한 꽃 꽃다발을 들고 냄새를 맡고 즐거운 향기를 즐기는 것이 좋습니다. 왜 이런 일이 무엇입니까?
냄새를 지닌 원자와 분자는 활동적인 움직임을 보이며, 결과적으로 공기 중에 이미 들어있는 입자와 섞여 방의 부피에 균등하게 분산됩니다.
이것은 가스에서의 확산의 징후입니다. 공기의 흡입이 문제가되는 과정을 언급하는 것과 부엌에서 신선하게 준비된 보르 시체의 식욕을 자극하는 냄새와 같은 점도 주목할 가치가 있습니다.
고체 내에서의 확산
꽃이있는 식탁에는 밝은 노란색의 식탁보가 놓여져 있습니다. 이 그늘은 고형물을 통과하는 확산 능력으로 인해 얻어졌습니다.
캔버스에 균일 한 음영을주는 과정은 다음과 같이 몇 단계로 진행됩니다.
- 황색 안료의 입자는 염색 용기 내에서 섬유상 물질로 확산한다.
- 또한 그들은 염색 된 조직의 외부 표면에 흡수되었다.
- 다음 단계는 다시 염료의 확산 이었지만, 이번에는 이미 캔버스의 섬유 안에 있습니다.
- 최종적으로, 조직은 안료 입자를 고정하여 착색되었습니다.
금속 가스의 확산
일반적으로이 프로세스에 대해 이야기 할 때같은 집계 상태에있는 물질의 상호 작용. 예를 들어, 고체, 고체로 확산. 이 현상을 증명하기 위해 두 개의 금속판 (금과 납)을 함께 눌러 실험을합니다. 분자의 상호 작용에는 오랜 시간이 걸립니다 (5 년 중 1 밀리미터). 이 과정은 특이한 장신구를 만드는 데 사용됩니다.
그러나 화합물은 다른 집계 상태로 확산 될 수도 있습니다. 예를 들어, 고형물 내에 가스가 확산됩니다.
실험 과정에서 그러한 과정이 원자 상태에서 진행된다는 것이 증명되었다. 일반적으로이를 활성화하려면 온도와 압력을 크게 높여야합니다.
고체에서 가스가 확산되는 예는 수소 부식입니다. 그것은 화학 반응의 과정에서 발생하는 수소 원자 (H2)은 금속의 구조 입자 사이에 고온 (섭씨 200 ~ 650도)의 영향으로 침투합니다.
수소 이외에 고체 확산산소 및 기타 가스도 발생할 수 있습니다. 이 눈에 띄지 않는 프로세스는 금속 구조물을 무너 뜨릴 수 있기 때문에 많은 피해를 가져옵니다.
금속에서 액체의 확산
그러나 가스의 분자뿐만 아니라 고체,뿐만 아니라 액체로 침투 수 있습니다. 수소의 경우와 마찬가지로, 대부분이 공정은 부식을 일으 킵니다 (금속과 관련하여).
확산 촉진을위한 조건. 확산 계수
고려중인 공정이 발생할 수있는 물질을 다루었을 때, 그 흐름의 조건에 대해 배우는 것은 가치가있다.
우선, 확산 속도는상호 작용하는 물질의 집합 상태의 상태. 반응이 일어나는 물질의 밀도가 클수록 속도는 느려집니다.
이와 관련하여 액체 및 가스의 확산은 항상 고형물보다 더 활발하게 진행됩니다.
예를 들어, KMnO 과망간산 칼륨4 (과망간산 칼륨) 물을 던져라, 그들은 그녀에게 몇 분 이내에 아름다운 크림슨 색을 줄 것이다. 그러나, KMnO 결정과 함께 뿌려지면4 한 조각의 얼음을 냉장고에 넣고 몇 시간 후에는 과망간산 칼륨이 냉동 된 H를 완전히 채색하지 못합니다.2O.
앞의 예에서 확산 조건에 대한 또 다른 결론을 도출 할 수 있습니다. 응집 상태뿐만 아니라, 입자의 상호 침투 속도도 온도의 영향을받습니다.
고려중인 공정의 그것에 대한 의존성을 고려하기 위해, 확산 계수와 같은 개념에 대해 배우는 것은 가치가있다. 이것은 속도의 양적 특성의 이름입니다.
대부분의 공식에서 큰 라틴 문자 D로 표시되며 SI 시스템에서 초당 평방 미터 (m² / s), 때로는 센티미터 / 초 (cm2/ m).
확산 계수는 물질의 양과 동일하며,시간 단위에 걸쳐 단위 표면을 통해 흩어지며, 단 표면 길이 (단위 길이와 동일한 거리에 위치 함)의 밀도 차이는 1과 동일해야합니다. D를 결정하는 기준은 입자의 산란 과정이 이루어지는 물질의 특성과 그 유형입니다.
온도에 대한 계수의 의존성은 Arrhenius 방정식을 사용하여 설명 할 수 있습니다. D = D0exp(-E / TR).
고려 된 공식에서 E는 공정을 활성화시키는 데 필요한 최소 에너지이다. T는 온도 (섭씨가 아니라 켈빈으로 측정)입니다. R은 이상 기체에 대한 일정한 기체 특성이다.
위의 모든 것 외에도, 속도고형물에서의 확산 및 가스 내의 유체는 압력 및 복사 (유도 또는 고주파)의 영향을받습니다. 또한, 많은 것은 촉매 작용제의 존재에 의존하며, 종종 입자의 활성 분산의 개시를위한 트리거 메카니즘으로서 작용한다.
확산 방정식
이 현상은 편미분 미분 방정식의 특별한 형태입니다.
그 목적은 농도 의존성을 찾는 것이다.물질은 시간뿐만 아니라 공간의 차원과 좌표 (확산되는 곳)로부터 물질을 추출한다. 규정 된 계수는 반응에 대한 매질의 투과성을 특징으로한다.
가장 자주, 확산 방정식은 다음과 같이 쓰여진다 : ∂φ (r, t) / ∂t = ∇ x [D (φ, r) ∇ φ (r, t)].
그것에서, φ (t와 r)는 시점 t에서의 점 r에서의 산란 물질의 밀도이다. D (φ, r) - 확산은 점 r에서의 밀도 φ에 대한 일반화 된 계수이다.
▽는 벡터 미분 연산자이며 구성 요소는 좌표에 대한 편도 함수를 나타냅니다.
확산 계수가 밀도에 의존 할 때, 방정식은 비선형이다. 그렇지 않은 경우 - 선형입니다.
확산의 정의와이 과정의 특징을 여러 매체에서 고려한 결과, 긍정적 측면과 부정적 측면이 모두 있음을 알 수 있습니다.
