Диффузия

Диффузия деген зерттелетін жүйенің көлемі бойынша концентрацияның өздігінен теңесуі.

Диффузияның механизмі реагенттердің агрегаттық күйімен анықталады:

• Газдар үшін: Ддиффузия механизмі жүйе бөлшектерінің ретсіздік, жылулыөқ қозғалысымен анықталады немесе бос жүріс ұзындығымен сандық сипатталады.

• Сұйық ортада: Диффузия механизмі сұйықтық қабаттарынің қозғалысымен анықталады, яғни актривті диффузиямен анықталады.

• Қатты ортада: Диффузия мехизмі реагенттердің құрылымымен анықталады.

- көлемді механизм

- циклды

- ваканты

Молекулалық диффузияның, стационарлы және стационарлы емес үдерістердің кинетикасы

Молекулалық және конвективті диффузияны айырады.

Молекулалық диффузия деп жүйе бөлшектерінің жылулық ретсіздік қозғалысы арқылы атқарылатын диффузияны атайды.

Диффузиялық үдерістер стационарлы және стационарлы емес деп екіге бөлінеді.

Стационарлы үдеріс деп берілген бағытта бағытта немесе берілген көлемде зат массасының жинақталуы жүрмейтін үдерістерді айтады. П₁ = П₂

Стационарлы емес үдеріс деп берілген бағытта немесе көлемінде зат массаның жинақталу жүретін үдерістерді айтады. П₁ > П₂

Молекулалық диффузияның жылдамдығы Фиктің екі заңымен анықталады.

Ф иктің 1-ші заңы: Диффузия барысында тасмалданатын реагенттердің массасы қимаға, уақытқа және концентрация градиентіне тура пропорционал.

~

(1)

(2),

мұндағы - концентрация градиенті

Концентрация градиенті деп реагенттер концентрацияларының берілген бағытта (dx) немесе көлемде (dq+dz) өзгеруін атайды.

Д – диффузия коэффициенті.

Диффузиялық коэффициент – концентрация градиенті бірге тең болғандағы молекулалық диффузияның жылдамдығы.

(3),

мұндағы η – тұтқырлық.

Фиктің 2-ші заңы: Стационарлы емес үдерістердің молекулалық диффузиясының жылдамдығы концентрация градиентінің екінші туындысына тура пропорционалды болады.

(4)

Конвективті диффузия.

Конвективті диффузия деп молекулалық диффузия және ағын есебінен масса берілуі арқылы іске асырылатын диффузия аталады. Диффузиялық ағын деп уақыт бірлігінде аудан бірлігі арқылы тасымалданатын зат мөлшері аталады.

Конвективті диффузияның жылдамдығы ағын және молекулалық диффузия жылдамдығының қосындысына тең.

(1)

(2),

мұндағы α – конвективті диффузияның коэффициенті.

Конвективті диффузия коэффициенті деп концентрация градиенті 1-ге тең болғандағы жылдамдықты атайды.

Диффузия жылдамдығының температураға тәуелділігі

Температураның диффузия жылдамдығына әсері температуралық облысқа тәуелді.

Вант-Гофф ережесі: Төмен температуралар облысында температураның әрбір 10 º-қа жоғарылауы жылдамдықтың 1,1÷1,5 есе артуына әкеледі.

(1)

Ізінше (2)

(3)

Аррениус ережесі: Жоғары температуралар облысында жылдамдық тұрақтысының логарифмі кері температураға тура пропорционал.

(1) (2)

Гетерогенді үдеріс аралас бақылауда жүрген кезде диффузия үдерісі төмен температуралар облысында өтеді, ал химиялық әрекеттесу үдерісті жоғары температуралар облысында анықтайды.

Бақылау сұрақтары:

1. Физикалық ұғымдар: кинетикалық облыс; диффузиялық облыс; молекулалық диффузия; конвективті диффузия; стационарлы үрдіс; диффузия коэффициенті.

2. Фиктің бірінші заңының тұжырымдамасы мен формуласы.

3. Фиктің екінші заңының тұжырымдамасы мен формуласы.

4. Молекулалық және конвективті диффузияның жылдамдығы қалай анықталады?

Глоссарий:

1. Кинетикалық облыс – үдеріс жылдамдығы реакция жылдамдығымен лимиттелетін болғандағы күрделі гетерогенді үдерістердің облысы.

2. Диффузиялық облыс – үдеріс жылдамдығы диффузия жылдамдығымен лимиттелетін болғандағы күрделі үдерістің облысы.

3. Диффузия – зерттелетін жүйенің көлемі бойынша концентрацияның өздігінен теңесуі.

4. Молекулалық диффузия – жүйе бөлшектерінің жылулық ретсіздік қозғалысы арқылы атқарылатын диффузия.

5. Стационарлы үдеріс – берілген бағытта бағытта немесе берілген көлемде зат массасының жинақталуы жүрмейтін үдерістерді айтады.

6. Стационарлы емес үдеріс – берілген бағытта немесе көлемінде зат массаның жинақталу жүретін үдерістерді айтады.

7. Концентрация градиенті – реагенттер концентрацияларының берілген бағытта (dx) немесе көлемде (dq+dz) өзгеруі.

8. Диффузиялық коэффициент – концентрация градиенті бірге тең болғандағы молекулалық диффузияның жылдамдығы.

9. Конвективті диффузия – молекулалық диффузия және ағын есебінен масса берілуі арқылы іске асырылатын диффузия.

Блиц-тест:

1. Химиялық кинетикада диффузия деп нені атайды?

a) Концентрацияның өздігінен теңесу үрдісі

b) Температураның өздігінен теңесу үрдісі

c) Концентрацияның өзгеру үрдісі

d) Реакцияласушы аймаққа реагенттердің тасымалдануы

e) Реагенттерді ағын арқылы тасымалдау үрдісі

2. Қандай үрдіс станционарлы деп аталады? Стационарлы үрдіс деп:

a) Жүру барысында реагенттер массасы жинақталмайтын диффузиялы үрдісті атайды

b) Жүру барысында реагенттер массасы жинақталатын диффузиялы үрдісті атайды

c) Жүру барысында диффузия жылдамдығы өзгермейтін диффузиялы үрдісті атайды

d) Жүру барысында диффузия механизмі өзгермейтін диффузиялы үрдісті атайды

e) Жүру барысында ағын жылдамдығы өзгермейтін диффузиялы үрдісті атайды

3. Конвективті диффузия дегеніміз не? Конвективті диффузия деп:

a) Реагенттерді реакцияласушы аймаққа жылулық қозғалыс арқылы және ағын арқылы тасымалдау нәтижесінде жүзеге асырылатын диффузияны атайды

b) Концентрацияның өздігінен теңесу нәтижесінде жүзеге асырылатын диффузияны атайды

c) Реагенттер бөлшектерінің жылулық қозғалысы нәтижесінде жүзеге асырылатын диффузияны атайды

d) Реагенттер бөлшектерінің бағытталған қозғалысы нәтижесінде жүзеге асырылатын диффузияны атайды

e) Реагенттер бөлшектерінің жылулық қозғалысы нәтижесінде жүзеге асырылатын диффузияны атайды

4. Фиктің екінші заңы қалай оқылады? Молекулалық диффузияның жылдамдығы ... тура пропорционалды болады

a) Стационарлы емес процестер үшін концентрация градиентінің екінші туындысына

b) Стационарлы емес процестер үшін концентрация градиентінің бірінші туындысына

c) Стационарлы процестер үшін концентрация градиентінің екінші туындысына

d) Стационарлы процестер үшін концентрацияның градиентіне

e) Реагенттердің концентрациясына

5. Төмен температуралар облысында диффузияның жылдамдығына температураның әсері қандай?

a)

b)

c)

d)

e)

6. Қандай координаттарда диффузияның температураға тәуелділігі түзусызықты болады?

a)

b)

c)

d)

e)

7. Концентрация градиенті дегенімзі не?

a) Берілген бағытта реагенттер концентрациясының өзгерісі

b) Үрдіс температурасының өзгеруімен бірге концентрация өзгерісі

c) Реагенттердің бастапқы концентрациясы

d) Үрдіс барысында реагенттер концентрациясының өзгерісі

e) Уақыт моментінде реагент концентрациясының өзгерісі

8. Молекулалық диффузия деген не? Молекулалық диффузия деп ... арқылы атқарылатын диффузияны айтады:

a) Бөлшектердің жылулық қозғалысы

b) Бөлшектердің бағытталған қозғалысы

c) Реагенттердің реакциялық зонаға жылулық қозғалыс және ағыспен тасымалдау

d) Концентрацияның өздігінен теңесуі

e) Реагенттер бөлшектерінің механикалық қозғалысы

9. Фиктің бірінші заңы қалай оқылады? Молекулалық диффузияның жылдамдығы ... тура пропорционалды болады

a) Стационарлы процестер үшін концентрацияның градиентіне

b) Стационарлы емес процестер үшін концентрацияның градиентіне

c) концентрацияның градиентіне

d) Реагенттердің концентрациясына

e) Концентрация градиентінің екінші туындысына

10. Фиктің II – ші заңының теңдеуін көрсетіңдер

a)

b)

c)

d)

e)