ДИФФУЗИЯ

 

Диффузией называется самопроизвольный процесс выравнивания концентрации частиц (молекул или коллоидных частиц) при возникновении градиента их концентрации, придающего определенную направленность их беспорядочному тепловому движению.

Явление диффузии универсально, т.е. имеет место при смешении газов, молекул или ионов истинных растворов, а также частиц дисперсной фазы коллоидных растворов, если они достаточно малы, чтобы принимать участие в броуновском движении.

Скорость диффузии выражается количеством вещества, проходящего в единицу времени через единицу площади поверхности, и в соответствии с первым законом Фика

, (2.4)

где S – площадь поперечного сечения, через которую диффундирует вещество; n – количество вещества в молях; t - время, с; производная - градиент концентрации, т.е. изменение концентрации вещества на единицу длины в направлении, противоположном процессу диффузии (характеризует степень невыровненности концентрации в системе); D – коэффициент диффузии; знак минус означает, что диффузионный поток направлен в сторону уменьшения концентрации вещества.

Из уравнения (2.4) следует, что коэффициент диффузии D численно равен количеству вещества в молях, диффундирующего в единицу времени через единицу площади поверхности при градиенте концентрации - , равном единице. Коэффициент диффузии связан с размером диффундирующих частиц. Для частиц сферической формы в соответствии с уравнением Эйнштейна

, (2.5)

где h - вязкость среды; r – радиус условно сферических диффундирующих частиц.

Зная коэффициент диффузии, можно, таким образом, вычислить весьма важный параметр коллоидной системы – радиус частиц.

Поскольку частичные концентрации и, следовательно, их градиенты в коллоидных растворах очень малы, скорость диффузии в них на 2-4 порядка меньше, чем для обычных молекул и ионов. На практике коэффициент диффузии чаще определяют по среднему сдвигу частиц на основании наблюдений за их броуновским движением.