고체, 액체 및 기체의 확산 : 정의, 조건
물리학 과정의 수많은 현상들 중에서확산은 가장 간단하고 직설적 인 것 중 하나를 가리킨다. 결국, 매일 아침, 향기로운 차나 커피를 준비하면서 실제로이 반응을 관찰 할 수있는 기회가 주어집니다. 이 프로세스와 다른 집계 상태에서 발생하는 조건에 대해 자세히 알아 보겠습니다.
확산이란 무엇인가?
이 단어는 한 물질의 분자 또는 원자가 다른 유사한 구조 단위 사이에 침투하는 것을 의미합니다. 이 경우 침투성 화합물의 농도가 정렬됩니다.
이 과정은 처음으로 1855 년 독일 과학자 Adolf Fick에 의해 자세히 기술되었다.
이 용어의 이름은 라틴어 명사 diffusio (상호 작용, 분산, 분포)에서 파생되었습니다.
유체 확산
고려 된 공정은 기체, 액체 및 고체의 3 가지 응집 상태 모두에서 발생할 수 있습니다. 실용적인 예를 찾으려면 부엌을 들여다 봐야합니다.
스토브에서 요리 보르 시체가 그 중 하나입니다. 글루코 신 베타 닌 (글루코 신 베타 닌이 포화 된 스칼렛 색상을 갖는 물질)의 온도 작용에 의해 물 분자와 고르게 반응하여 독특한 색소 색조를 부여합니다. 이 경우는 액체의 확산의 예입니다.
borscht 외에도이 프로세스는차나 커피 한잔. 이 두 가지 음료는 물에 용해되는 양조 또는 커피 입자가 분자 사이에 고르게 퍼지면서 색을 띄기 때문에 균일 한 포화 된 색상을 갖습니다. 똑같은 원리로 90 년대의 인기있는 즉석 음료의 행동이 만들어집니다 : Yupi, Invite, Zuko.
가스 침투
부엌에서 고려중인 과정의 발달을 계속 더 살펴보기 위해 식탁 위에 신선한 꽃 꽃다발에서 나오는 향기로운 향기를 즐기고 즐길 가치가 있습니다. 왜 이런 일이 일어나는 걸까요?
악취를 전달하는 원자와 분자는 활동적인 운동을하며, 결과적으로 이미 공기에 들어있는 입자와 혼합되어 방 전체에 걸쳐 균일하게 분산됩니다.
이것은 가스에서의 확산의 징후입니다. 그것은 공기의 매우 흡입은 또한 부엌에서 신선한 준비 borsch의 맛있는 냄새뿐만 아니라 고려중인 과정을 말합니다.
고체 내에서의 확산
꽃이 서있는 식탁은 밝은 노란색 식탁보로 덮여 있습니다. 그것은 고체를 통과하는 확산 능력 때문에 비슷한 그늘을 받았다.
캔버스에 균일 한 음영을 부여하는 프로세스는 다음과 같이 여러 단계로 진행됩니다.
- 노란색 안료 입자는 염색 컨테이너에서 섬유질 물질쪽으로 확산되었습니다.
- 그런 다음 그들은 염색 된 직물의 외부 표면에 흡수되었습니다.
- 다음 단계는 다시 염료의 확산 이었지만 이번에는 웹의 섬유 안쪽에 염료를 뿌렸다.
- 최종적으로, 직물은 안료 입자를 고정시켜 염색합니다.
금속 가스 확산
일반적으로이 프로세스에 대해동일한 응집 상태의 물질 상호 작용. 예를 들어, 고체, 고체로 확산. 이 현상을 증명하기 위해 두 개의 금속판을 함께 눌러 실험을 수행합니다 (금과 납). 분자의 상호 침투는 오랜 시간이 걸립니다 (5 년 중 1 밀리미터). 이 프로세스는 비정상적인 장식을 만드는 데 사용됩니다.
그러나 다른 집계 상태에있는 화합물도 확산 될 수 있습니다. 예를 들어, 고형물 내에 가스가 확산됩니다.
실험 과정에서 유사한 과정이 원자 상태에서 일어난다는 것이 증명되었다. 일반적으로이를 활성화하려면 온도와 압력을 크게 높여야합니다.
고체에서 가스가 확산되는 예는 수소 부식입니다. 그것은 수소 원자 (H2)은 고온 (섭씨 200 ~ 650도)의 작용하에 구조 금속 입자 사이를 관통합니다.
수소 이외에 고체 확산산소 및 기타 가스도 발생할 수 있습니다. 눈에 보이지 않는이 과정은 금속 구조가 그로 인해 붕괴 될 수 있기 때문에 많은 피해를줍니다.
금속에서 액체의 확산
그러나 기체 분자가 고형물뿐만 아니라 액체에도 침투 할 수 있습니다. 수소의 경우와 마찬가지로, 대부분이 과정은 부식 (금속의 경우)으로 이어집니다.
확산 촉진 조건 확산 계수
문제의 과정이 어떤 물질로 생겼는지를 알아 냈으므로 그 발생 상황을 아는 것이 중요합니다.
우선, 확산 속도는상호 작용하는 물질의 응집 상태. 반응이 일어나는 물질의 밀도가 클수록 속도는 느려집니다.
이와 관련하여 액체와 기체의 확산은 고체보다 항상 활발하게 일어납니다.
예를 들어, 과망간산 칼륨 결정 KMnO4 (과망간산 칼륨) 물을 던져서 몇 분 동안 아름다운 크림슨 색을 줄 것입니다. 그러나, KMnO 결정과 함께 뿌려지면4 한 조각의 얼음을 냉장고에 넣고 몇 시간 후에 과망간산 칼륨이 냉동 된 H를 완전히 염색하지 못하게합니다2O.
앞의 예에서 확산 조건에 대한 또 다른 결론을 도출 할 수 있습니다. 응집 상태뿐만 아니라 입자의 상호 침투 속도도 온도의 영향을받습니다.
고려중인 공정의 의존성을 고려하기 위해, 확산 계수와 같은 개념을 아는 것은 가치가있다. 이것은 속도의 양적 특성입니다.
대부분의 공식에서 큰 라틴 문자 D의 도움으로 표시되며 SI 시스템에서는 초당 평방 미터 (m² / s), 때로는 초당 센티미터로 측정됩니다 (참조2/ m).
확산 계수는 물질의 양과 같습니다.시간 단위에 걸쳐 표면 단위를 통해 흩어지며, 양면의 밀도 차이 (길이 단위와 동일한 거리에 위치)는 단일성과 동일해야합니다. D를 결정하는 기준은 입자의 분산 과정이 일어나는 물질의 성질과 유형이다.
온도에 대한 계수의 의존성은 Arrhenius 방정식을 사용하여 설명 할 수 있습니다. D = D0exp(-E / TR).
위의 공식에서 E는 공정을 활성화시키는 데 필요한 최소 에너지입니다. T - 온도 (섭씨가 아니라 켈빈으로 측정); R은 이상 기체의 일정한 기체 특성이다.
위의 모든 것 외에도, 속도고체의 확산, 가스의 액체는 압력과 복사 (유도 성 또는 고주파)의 영향을받습니다. 또한, 촉매 작용을하는 물질의 존재에 따라 달라지며 종종 입자의 활성 분산의 시작을위한 트리거 역할을합니다.
확산 방정식
이 현상은 편미분 미분 방정식의 특정 유형입니다.
그의 목표는 집중 관계를 찾는 것입니다.물질은 시간뿐만 아니라 공간의 크기와 좌표 (확산되는 곳)에서 비롯됩니다. 이 경우, 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) - 점 r에서의 밀도 φ에서의 확산 일반화 계수.
▽는 좌표에 의한 성분이 부분 미분에 속하는 벡터 미분 연산자입니다.
확산 계수가 밀도 의존성 일 때, 방정식은 비선형이다. 그렇지 않은 경우 - 선형입니다.
다른 환경에서 확산의 정의와이 프로세스의 특징을 고려한 결과, 긍정적 측면과 부정적 측면을 모두 가지고 있음을 알 수 있습니다.
