扩散

扩散稀释气体在某些方面更复杂,或者至少更加微妙,比粘度或热导电率。首先,必然涉及混合,因为气体扩散通过身体本身没有任何意义,除非分子在某种程度上区分。第二,扩散测量是相当敏感的实验条件的细节。这个敏感性可以说明了以下注意事项。

光分子有较高的平均速度比沉重的分子在同一温度。这个结果从动力学理论,遵循如下解释,但它也可以被注意的声速是更大的光气体比巨大的气体。这是著名的证明的基础呼吸氦导致一个与高音说话。如果轻和重气体互相扩散,光分子进入重型燃气地区快于重分子进入轻的气体区域,从而导致压力重型燃气地区上升。如果扩散发生在一个封闭的船,压差驱动重气体到轻的气体区域速度比否则扩散,并迅速达到稳定状态,重分子在一个方向旅行的数量等于,的数量平均光分子运动方向相反的。调用这个方法,克分子数相等的反扩散,是通常的方式测量气体扩散正在进行。

稳态压力差开发几乎是极小的,除非发生扩散通过细毛细管或细粒度的多孔材料。然而,实验者可以设计聪明的计划来衡量它或阻止它的发展。第一个做后者于1831年格雷厄姆;他不停地均匀的压力使气体混合物流动。的结果工作现在出现在小学课本格雷厄姆的扩散规律。大多数这些账户不正确或不完整,由于作家的事实混淆均匀压力实验与平等逆流实验或积液的现象(下面描述部分气体分子运动论)。格雷厄姆也表现相同逆流1863年实验,使用长封闭管装置设计。这种设备现在通常被称为洛施密特扩散管后洛施密特曾在1870年的修改版本管把一系列的准确测量气体的扩散对。

扩散的定量描述。一个作文不同的双组分气体混合物引起的相对流动往往使成分均匀的组件。流动的一个组件正比于它的浓度差,在同等逆流实验中这是平衡大小相等,方向相反的另一个组件。比例常数是相同的两个组件,叫做扩散系数,D₁₂的气体。这个流量和浓度差之间的关系菲克扩散定律。扩散系数的国际标准单位是平方米每秒(m²/ s)。扩散,甚至在气体,是一个极其缓慢的过程,指出在分子大小和估算碰撞利率。气体扩散系数在一个大气压力和普通的气温差异很大程度上取决于10的范围⁵到10⁴米²/ s,但对液体扩散系数和解决方案在于只有10的范围^-10年到10⁹米²/ s。一个粗略的近似,气体扩散快100000倍比液体。

扩散系数是总压强成反比,或者总摩尔密度大会报告的,因此在一个标准的一个大气压的压力。两倍的压力扩散混合部分扩散系数,但实际扩散速率保持不变。这个看似矛盾的结果是因为翻也翻倍浓度的压力,根据理想气体状态方程的浓度差,因此双打是开车力扩散。这两个效应完全补偿。

扩散系数随着温度升高速度取决于压力或总摩尔密度保持不变的温度改变。如果加息T^年代在恒定的摩尔密度(年代通常隔¹/₂1),然后它会增加T^{1 +年代}在恒压下,根据理想气体状态方程。

也许最令人惊讶的财产气体扩散系数几乎是独立的混合物的成分,不同的最多几个百分点在整个组成范围内,即使对于非常不同的气体。的痕迹氢例如,扩散通过二氧化碳在几乎同样的速度跟踪的二氧化碳通过氢扩散。液体混合物不如此行事液体扩散系数可能不同的高达10倍的一端组成范围。缺乏组成依赖气体扩散系数是一个奇怪的属性用动力学理论来解释。

热扩散

如果应用于温差两种气体的均匀混合物,混合物将部分分成组件,更重,更大的分子通常(但不总是)集中在较低的温度。这种行为是理论上预测之前观察实验,但相当精心制作的解释是必需的,因为简单的理论认为没有这样的现象。这是预测在1911 - 12大卫豆科格在瑞典,1917年独立西德尼·查普曼在英格兰,但他们的理论结果的有效性提出质疑,直到查普曼(他是应用数学家)招募了化学家的援助fw Dootson实验来验证它。

热扩散可以用来分离同位素。任何合理的分离量为同位素温差很小,但效果可以通过结合放大与慢热对流柱状排列于1938年设计了克劳斯Clusius和格绝对在德国。而装置非常简单,其操作的理论不是:长圆柱体直径几厘米的垂直安装一个电加热热丝沿中心轴。之间的横向热扩散发生的热线和冷壁圆柱,并对流发生垂直带来新的气体接触的区域。

还有一个热扩散的逆效应,称为扩散thermoeffect,施加浓度差引起的温差来培养。即扩散气体混合物温差小,发展的顺序1°C,死的作文方法一致性。传输系数描述扩散thermoeffect必须等于描述热扩散系数,根据互惠不可逆过程的热力学关系的核心。