Fizikadakı çoxsaylı hadisələr arasında diffuziya prosesi ən sadə və başa düşülənlərdən biridir. Axı, hər səhər özünə ətirli çay və ya qəhvə hazırlayan bir insanın bu reaksiyanı praktikada müşahidə etmək imkanı var. Gəlin bu proses və onun müxtəlif ümumi vəziyyətlərdə baş vermə şərtləri haqqında ətraflı öyrənək.
Diffuziya nədir
Bu söz bir maddənin molekullarının və ya atomlarının digərinin oxşar struktur vahidləri arasında nüfuz etməsinə aiddir. Bu halda, nüfuz edən birləşmələrin konsentrasiyası bərabərləşdirilir.
Bu proses ilk dəfə 1855-ci ildə alman alimi Adolf Fik tərəfindən ətraflı təsvir edilmişdir
Bu terminin adı latın şifahi isim diffusio (qarşılıqlı təsir, dağılma, paylama) sözündən əmələ gəlib.
Mayedə diffuziya
Baxılan proses hər üç aqreqasiya vəziyyətində olan maddələrlə baş verə bilər: qaz, maye və bərk. Bunun praktik nümunələri üçün sadəcə baxınmətbəx.
Sobada bişmiş borş bunlardan biridir. Temperaturun təsiri altında qlükozin betaninin molekulları (çuğundurun bu qədər zəngin qırmızı rəngə sahib olduğu bir maddə) su molekulları ilə bərabər reaksiya verir və ona unikal tünd qırmızı rəng verir. Bu hal mayelərdə diffuziya nümunəsidir.
Bu prosesi borşdan əlavə bir stəkan çay və ya qəhvədə də görmək olar. Bu içkilərin hər ikisi suda həll olunan çay yarpaqları və ya qəhvə hissəciklərinin molekulları arasında bərabər şəkildə yayılaraq onu rəngləndirdiyinə görə belə vahid zəngin kölgəyə malikdir. 90-cı illərin bütün məşhur ani içkilərinin hərəkəti eyni prinsip üzərində qurulub: Yupi, Invite, Zuko.
Qazların bir-birinə nüfuz etməsi
Mətbəxdə sözügedən prosesin təzahürlərini daha çox axtarmağa davam edərək, yemək masasının üstündəki təzə çiçək buketindən yaranan xoş ətirdən iyləmək və həzz almağa dəyər. Bu niyə baş verir?
Qox daşıyan atomlar və molekullar aktiv hərəkətdədirlər və nəticədə artıq havada olan hissəciklərlə qarışırlar və otağın həcminə kifayət qədər bərabər səpələnirlər.
Bu qazlarda diffuziyanın təzahürüdür. Qeyd etmək lazımdır ki, havanın çox inhalyasiyası da nəzərdən keçirilən prosesə, eləcə də mətbəxdə təzə bişmiş borşun iştahaaçan qoxusuna aiddir.
Bərk cisimlərdə diffuziya
Çiçəkli mətbəx masası parlaq sarı süfrə ilə örtülmüşdür. O, sayəsində bənzər bir kölgə aldıdiffuziyanın bərk cisimlərdən keçmə qabiliyyəti.
Kətənə vahid kölgə vermək prosesi aşağıdakı kimi bir neçə mərhələdə baş verir.
- Sarı piqment hissəcikləri mürəkkəb çənində lifli materiala doğru yayıldı.
- Daha sonra onlar boyanmış parçanın xarici səthi tərəfindən udulmuşdur.
- Növbəti addım yenidən boyanın yayılması idi, lakin bu dəfə torun liflərinə.
- Finalda parça piqment hissəciklərini fiksasiya etdi və beləliklə rəngləndi.
Qazların metallarda diffuziyası
Adətən, bu prosesdən danışarkən, eyni birləşmə vəziyyətində olan maddələrin qarşılıqlı təsirini nəzərə alın. Məsələn, bərk cisimlərdə, bərk cisimlərdə diffuziya. Bu hadisəni sübut etmək üçün bir-birinə sıxılmış iki metal lövhə (qızıl və qurğuşun) ilə təcrübə aparılır. Onların molekullarının bir-birinə nüfuz etməsi kifayət qədər uzun müddət çəkir (beş ildə bir millimetr). Bu proses qeyri-adi zinət əşyaları hazırlamaq üçün istifadə olunur.
Lakin müxtəlif aqreqat vəziyyətlərdə olan birləşmələr də yayılmağa qadirdir. Məsələn, bərk cisimlərdə qazların diffuziyası var.
Təcrübələr zamanı sübut olundu ki, belə bir proses atom halında baş verir. Onu aktivləşdirmək üçün, bir qayda olaraq, temperatur və təzyiqdə əhəmiyyətli artım lazımdır.
Bərk cisimlərdə belə qaz diffuziyasına misal olaraq hidrogen korroziyasını göstərmək olar. olduğu vəziyyətlərdə özünü göstərirYüksək temperaturun (200-650 dərəcə Selsi) təsiri altında bəzi kimyəvi reaksiyalar zamanı əmələ gələn hidrogen atomları (Н2) metalın struktur hissəcikləri arasından keçir.
Bərk cisimlərdə hidrogenlə yanaşı, oksigen və digər qazların da diffuziyası baş verə bilər. Gözə görünməyən bu proses çox zərər verir, çünki metal konstruksiyalar buna görə çökə bilər.
Mayelərin metallarda diffuziyası
Lakin təkcə qaz molekulları bərk cisimlərə deyil, mayelərə də nüfuz edə bilir. Hidrogen vəziyyətində olduğu kimi, əksər hallarda bu proses korroziyaya səbəb olur (metallara gəldikdə).
Bərk cisimlərdə maye diffuziyasının klassik nümunəsi su (H2O) və ya elektrolit məhlullarının təsiri altında metalların korroziyasıdır. Çoxları üçün bu proses paslanma adı altında daha çox tanışdır. Hidrogen korroziyasından fərqli olaraq, praktikada onunla daha tez-tez rastlaşmaq lazımdır.
Diffuziyanın sürətləndirilməsi üçün şərtlər. Diffuziya əmsalı
Nəzərdə tutulan prosesin baş verə biləcəyi maddələrlə məşğul olduqdan sonra onun baş vermə şərtlərini öyrənməyə dəyər.
İlk növbədə diffuziya sürəti qarşılıqlı təsirdə olan maddələrin məcmu vəziyyətindən asılıdır. Reaksiyanın baş verdiyi materialın sıxlığı nə qədər çox olarsa, onun sürəti bir o qədər yavaş olar.
Bu baxımdan, mayelərdə və qazlarda diffuziya həmişə bərk maddələrdən daha aktiv olacaq.
Məsələn, əgər kristallarkalium permanqanat KMnO4 (kalium permanqanat) suya atın, ona gözəl moruq rəngi verəcəklər bir neçə dəqiqə ərzində Rəng. Bununla belə, KMnO4 kristallarını bir buz parçasına səpib hamısını dondurucuya qoysanız, bir neçə saatdan sonra kalium permanqanat dondurulmuş H 2O.
tam rəngləndirə bilməmək
Əvvəlki nümunədən diffuziya şərtləri haqqında daha bir nəticə çıxarmaq olar. Aqreqasiya vəziyyətindən əlavə, temperatur hissəciklərin bir-birinə nüfuz etmə sürətinə də təsir edir.
Baxılan prosesin ondan asılılığını nəzərə almaq üçün diffuziya əmsalı kimi anlayışı öyrənməyə dəyər. Bu, sürətinin kəmiyyət xarakteristikasının adıdır.
Əksər düsturlarda böyük Latın D hərfi ilə işarələnir və SI sistemində saniyədə kvadrat metrlə (m²/s), bəzən saniyədə santimetrlə (cm2) ölçülür. /dəq).
Diffuziya əmsalı, hər iki səthdə sıxlıq fərqinin (vahid uzunluğa bərabər məsafədə yerləşən) birə bərabər olması şərti ilə vahid səthə səpələnmiş maddənin miqdarına bərabərdir. D-ni müəyyən edən meyarlar hissəciklərin səpilmə prosesinin özünün baş verdiyi maddənin xüsusiyyətləri və onların növüdür.
Əmsalın temperaturdan asılılığını Arrhenius tənliyi ilə təsvir etmək olar: D=D0exp(-E/TR).
Baxılan düsturda E prosesi aktivləşdirmək üçün tələb olunan minimum enerjidir; T - temperatur (Celsi deyil, Kelvin ilə ölçülür); R-ideal qazın qaz sabiti.
Yuxarıda göstərilənlərin hamısına əlavə olaraq, bərk cisimlərdə, mayelərdə qazlarda diffuziya sürətinə təzyiq və şüalanma (induktiv və ya yüksək tezlikli) təsir göstərir. Bundan əlavə, çox şey katalitik maddənin mövcudluğundan asılıdır, çox vaxt o, hissəciklərin aktiv dispersiyasının başlaması üçün tətik rolunu oynayır.
Diffuziya tənliyi
Bu fenomen qismən diferensial tənliyin xüsusi formasıdır.
Onun məqsədi maddənin konsentrasiyasının məkanın ölçüsündən və koordinatlarından (onun yayıldığı), həmçinin zamandan asılılığını tapmaqdır. Bu halda verilmiş əmsal reaksiya üçün mühitin keçiriciliyini xarakterizə edir.
Çox vaxt diffuziya tənliyi aşağıdakı kimi yazılır: ∂φ (r, t)/∂t=∇ x [D(φ, r) ∇ φ (r, t)].
Bunda φ (t və r) t zamanı r nöqtəsində səpilən maddənin sıxlığıdır. D (φ, r) - r nöqtəsində φ sıxlığında ümumiləşdirilmiş diffuziya əmsalı.
∇ - komponentləri koordinatlarda qismən törəmə olan vektor diferensial operatoru.
Diffuziya əmsalı sıxlıqdan asılı olduqda, tənlik qeyri-xətti olur. Olmayanda - xətti.
Diffuziyanın tərifini və müxtəlif mühitlərdə bu prosesin xüsusiyyətlərini nəzərə alaraq onun həm müsbət, həm də mənfi tərəflərinin olduğunu qeyd etmək olar.
