Коэффицие́нт диффу́зии — количественная характеристика скорости диффузии, равная количеству вещества (в массовых единицах), проходящего в единицу времени через участок единичной площади (например, 1 м2) в результате теплового движения молекул при градиенте концентрации, равном единице (соответствующем изменению 1 моль/л → 0 моль/л на единицу длины). Коэффициент диффузии определяется свойствами среды и типом диффундирующих частиц. Обозначается буквой , в SI измеряется в м2/c.
Определяющая формула Коэффициент диффузии фигурирует в выражении первого закона Фика, связывающего градиент концентрации вещества [моль/м3/м] и диффузионный поток [моль/м2/c]. В одномерной системе связь выглядит как , Знак «-» в этом выражении указывает направление потока от больших концентраций к меньшим.
Особенности разных сред В твердых телах Зависимость коэффициента диффузии от температуры в твердых телах выражается законом Аррениуса:
где — коэффициент диффузии [м2/с]; — энергия активации для диффузии [Дж/моль]; — универсальная газовая постоянная [Дж/(моль⋅K)]; — температура [K].
В жидкостях Приближенная зависимость коэффициента диффузии от температуры в жидкостях при отсутствии турбулентности можно найти с помощью уравнения Стокса-Эйнштейна, по формуле:
где — коэффициент диффузии, и — абсолютные температуры, — динамическая вязкость растворителя.
В газах Зависимость коэффициента диффузии от температуры для газов при отсутствии турбулентности может быть выражена с помощью теории Чепмена-Энскога (с точностью в среднем около 8%) по формуле:
где — коэффициент диффузии (см2/с), — эмпирический коэффициент, равный атмÅ2см2К-3/2/с. 1 и 2 — индексы двух видов молекул, присутствующих в газовой смеси, — абсолютная температура (K), — молярная масса молекул, входящих в состав газовой смеси (г/моль), — давление (атм), эффективный диаметр столкновения, Å (значения заданы в форме таблицы в ), — безразмерное значение интеграла столкновений как функция температуры (значения заданы в форме таблицы в , но, как правило, порядка 1).
Характерные величины D Значения коэффициента диффузии специфичны для каждой пары материалов, то есть для диффузии такого-то вещества в среде из такого-то.
По порядку величины, для диффузии молекул газов в газовой же среде составляет 10-5 м2/с, в воде — где-то 10-9 м2/с, а в твёрдых телах — 10-13 м2/с и менее.
Примечания
См. также Диффузия Коэффициент теплопроводности
Категория:Диффузия