рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Дифузія

Дифузія - раздел Химия, З дисципліни Фізична хімія Розчинення Твердого Тіла В Рідині, Що Супроводжується Хімічною Взаємодією Або...

Розчинення твердого тіла в рідині, що супроводжується хімічною взаємодією або за відсутності її, може служити типовим прикладом гетерогенного процесу. Гетерогенні процеси протікають на поверхні розділу фаз і можуть бути розбиті на декілька стадій: підведення речовини до поверхні розділу фаз; адсорбція на поверхні; двомірна дифузія на поверхні; реакція, винесення продуктів реакції від поверхні в об'єм рідкої фази. Якщо лімітуючими є перша і остання стадії процесу, то швидкість процеса залежить від дифузії (дифузний процес). Швидкість цих процесів визначається швидкістю дифузії.

Дифузією називається процес самовільного вирівнювання концентрацій. Згідно з першим законом Фіка:

, (7.19)

де dm - кількість молів речовини, яка переноситься дифузією за час dτ через переріз площею S; D - коефіцієнт дифузії; - градієнт концентрації (знак «-» означає, що дифузія відбувається в напрямку від більшої концентрації до меншої, тобто похідна відۥємна).

Коефіцієнт дифузії або питома швидкість дифузії D чисельно дорівнює кількості речовини, що дифундує за одиницю часу через одиницю поверхні при градієнті концентрацій, який дорівнює одиниці.

Коефіцієнт дифузії D, як випливає з закону Фіка залежить від маси і розмірів молекул речовин, що беруть участь в процесі дифузії, а також від температури і в'язкості середовища і має розмірність (довжина)2/час. Для газів при нормальних умовах коефіцієнт дифузії становить 0,1 ÷1см2 / с, для рідин - 1см2 на добу, для твердих тіл - від 1см2 на рік до 1см2 на 100 років.

У стаціонарному дифузійному потоці градієнт концентрації постійний і тому його можна замінити співвідношенням:

,

де С0 – концентрація в обۥємі;

С - концентрація на межі розділу фаз;

δ - товщина шару, через який проходить дифузія.

Якщо концентрація речовини в кожній точці дифузійного простору змінюється з часом, то швидкість її зміни виражається другим законом Фіка (нестаціонарна дифузія):

(7.20)

Для розрахунку швидкості процесу розчинення Щукарьова було запропоновано рівняння:

(7.21)

де- швидкість наростання концентрації розчиненого речовини в об'ємі розчину;

k - коефіцієнт розчинення;

S - площа поверхні розчиняємої твердої фази.

Рівняння (7.21) випливає з пропозиції, що сам процес розчинення відбувається дуже швидко, дифузія ж речовини із шару в шар відбувається повільно, тому швидкість розчинення визначається швидкістю дифузії, тобто першим законом Фіка.

Припустимо, що частину твердого тіла з поверхнею s розчиняється в ненасиченому розчині цієї речовини при перемішуванні. Перемішування рідини не захоплює всього її обсягу, і деякий шар, прилеглий до поверхні твердого тіла, залишається у відносному спокої (рис.7.3). У цьому шарі концентрація розчиняємої речовини - змінна: безпосередньо на поверхні тіла розчин залишається практично насиченим Снас, на зовнішній межі шару концентрація речовини така ж, як в іншому об'ємі розчину С. Цей шар називається дифузійним, так як зміна концентрації в ньому визначається процесом дифузії. При більш інтенсивному перемішуванні товщина дифузійного шару зменшується. При товщині дифузійного шару градієнт концентрації буде

 

Снас   С     δ тверде тіло

 

Рис.3 Дифузія на границі тверде тіло – рідина.

 

; тоді кількість речовини dm, що надходить за час τ у розчин, можна виразити за допомогою першого закону Фіка:

(7.22)

Масу речовини, що міститься в розчині, можна представити як добуток концентрації на об'єм розчину, тобто m = CV. Враховуючи, що у процесі розчинення об’єм практично залишається незмінним можна записати

dm = VdC (7.23)

Підставляючи dm з рівняння (7.21) у рівняння (7.22) дозволяє виразити зміну концентрації розчину з часом, тобто швидкість розчинення

або

.

Таким чином, константа швидкості розчинення в рівнянні Щукарьова (7.21) буде представлена як . При сталості D, S, δ і V величина k залишається постійною. Особливо добре ця сталість дотримується при розчиненні важкорозчинних речовин, тому що концентрація розчину мала і D тому практично залежить тільки від температури. Величина S також постійна, поки в процесі розчинення розміри розчинного тіла помітно не змінюються. Товщина дифузійного шару δ залежить від умов перемішування при розчиненні і зберігається постійною при постійній швидкості перемішування. Величина V - можна дорівнювати об'єму розчинника. З огляду на сталість k, поділяємо змінні і отримуємо

.

Інтегруючи, знаходимо , де const - константа інтегрування.

Час відлічують від моменту занурення розчиняємо тіла в чистий розчинник. Тоді при τ = 0, C = 0. З цих умов випливає, що const = - lnС і таким чином

(7.24)

Вираз (7.24) дає можливість розрахувати константу швидкості процесу розчинення для гетерогенної хімічної реакції, якщо швидкість реакції визначається дифузійної стадією. Це рівняння за формою ідентично рівнянню реакції першого порядку. Із збільшенням температури константа швидкості зростає відповідно з температурним коефіцієнтом дифузії. Для більшості водних розчинів , тобто менше температурного коефіціента швидкості реакції , лімітуються, стадією хімічної взаємодії. Константа швидкості в цих випадках залежить також від швидкості перемішування.

 

Послідовність виконання роботи

Широку пробірку заповнюють кислотою бензойною на висоту 5-6 см, обережно нагрівають у полумۥї газового пальника до повного розплавлення кислоти і опускають у розплав майже на дно пробірки скляну паличку. Після затвердіння кислоти пробірку обережно розбивають і разом із паличкою виймають циліндр твердої бензойної кислоти.

На столик магнітної мішалки ставлять склянку місткістю 150см3, вливають в нього за допомогою мірного циліндра 100см3 дистильованої води, кладуть якір магнітної мішалки і встановлюють таку швидкість обертання, щоб вода в склянці добре перемішувалась.

Скляну паличку разом із наплавленим циліндром кислоти укріплюють у штативі над поверхнею води в центрі склянки. Занурюють циліндр кислоти у воду і фіксують час початку досліду. Через 10 хв обертання першу склянку замінити другою склянкою з водою, де обертається циліндрик протягом 15 хв, потім підставляється третю склянку на 20 хв і, нарешті, четвертий - на 30 хв. З кожної склянки беруть проби по 10 мл і титрують розчином NaОН приблизно 0,01 н. з фенолфталеїном (індикатор). Виконують 3 паралельних визначення.

Концентрацію насиченого при температурі досліду розчину бензойної кислоти визначають числом мл даного розчину NaОН, що йде на титрування 100мл насиченого при даній температурі розчину бензойної кислоти.

Для приготування насиченого розчину бензойної кислоти наважку близько 1г розчиняють при нагріванні до 50-60°С у 50 мл дистильованої води, охолоджують до температури досліду, відбирають 10мл розчину, уміщують його у конічну колбу міскістю 100 мл, додають кілька краплин розчину фенолфталеїну і титрують 0,01н. розчином NaОН до появи рожевого забарвлення розчину. Виконують 2-3 паралельних визначення.

Таким чином, в рівняння

 

 

замість Снас і С підставляють відповідне число мл даного розчину NaОН, що вельми спрощує розрахунки:

 

(7.25)

 

Оскільки завдання полягає тільки в перевірці сталості значень k, можна користуватися не натуральним, а десятковим логарифмом. Константа швидкості k залежить від площі поверхні циліндрика, від температури і частоти обертання. За результатами дослідів заповнюють таблицю 7.4

 

Таблиця 7.4

Час досліду t, хв VNaОН на 10мл розчину, мл Середнє значення VNaОН на 10мл розчину, мл Конц. бензойной кислоти, Ск-ти моль/л Снас. , моль/л, при кімн.темп. k, с-1
             
           
           
           

 

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

З дисципліни Фізична хімія

Херсонський національний технічний університет.. Кафедра фізичної та неорганічної хімії.. Реєстр..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Дифузія

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Передмова
Фізична хімія – наука, що пояснює і встановлює закономірності хімічних явищ на основі загальних принципів фізики та хімії. Вона охоплює всі питання теорії хімічних процесів і розглядає вплив фізичн

Складання таблиць
Всі вимірювання містять щонайменше дві змінні, одну з яких обирають як незалежну (у дослідах її задають як аргумент х), а інші (інша) є залежними (функції

Оцтоетилового етеру в кислому середовищі при 25°С
t, c Vt, см3 лугу V¥ - Vt, см3 t – t0, c k·10

Густина розчинів фосфорної кислоти у воді при 20 °С.
Концентрація Н3Р04, %          

Побудова графіків
Графічне зображення експериментальних і розрахункових даних полегшує порівняння величин, дозволяє легко знайти характер зміни величин — наяв­ність екстремальних точок чи точок перегину, періодичніс

Проведення кривої через нанесені точки.
І. Звичайно крива, що виражає залежність у = f(x) повинна бути плавною. Однак, можливі і стрибки, внаслідок порушення безперервності. II. Крива повинна проходити як

Теплоти розчинення і розведення.
Інтегральною теплотою розчинення DНт(розч) називають кількість теплоти, що виділяється чи поглинається при розчиненні 1моля речовини у визначеному великому об'ємі ро

Визначення істинної зміни температури в калориметрі при термохімічному процесі.
Для вимірювання температури користуються термометром Бекмана. При роботі з калориметром спостерігаються часткові втрати тепла в навколишнє середовище, що викривляє вимірювану різницю температур поч

Завдання.
1. Визначити зміну температури в калориметрі в результаті розчинення певної наважки KCl. 2. Обчислити моляльну концентрацію розчину і за табличними даними визначити кількість теплоти, що в

КУПРУМ (II) СУЛЬФАТУ
  Завдання: 1. Визначити інтегральну теплоту розчинення безводної солі та кристалогідрату і по різниці обчислити теплоту утворення кристалогідрату.

ВИЗНАЧЕННЯ ТЕПЛОТИ НЕЙТРАЛІЗАЦІЇ СИЛЬНОЇ КИСЛОТИ СИЛЬНОЮ ОСНОВОЮ У ВОДІ
  Завдання: 1. Визначити теплову сталу калориметра. 2. Визначити теплоту розведення концентрованої сильної кислоти. 3. Визначити теплоту не

Контрольні питання
1. Чому теплові ефекти реакцій, що протікають при постійних об'ємі та тиску, є функціями стану системи? 2. Що таке теплоти утворення, нейтралізації, розчинення, розведення? 3. Як

Рефрактометрія
  2.I. Поляризація молекул Усі молекули можуть бути розділені на два типи: неполярні й полярні (з несиметричним і симетричним розподілом зарядів). Полярну молекулу називають

І ВСТАНОВЛЕННЯ ЙОГО СТРУКТУРИ
Ціль роботи: визначення рефракції розчиненої речовини за питомою рефракцією розчину, розчинника й відсотковому вмісту розчину, а також установлення його ймовірної структури, використовуючи в

ХІМІЧНА РІВНОВАГА
  Хімічні реакції поділяються на гомогенні і гетерогенні. Хімічна реакція, що протікає в межах однієї фази, називається гомогенною. До гомогенних реак­цій відн

Послідовність виконання роботи
Взяти вісім сухих колб із притертими пробками місткістю 100 мл. Пронумерува­вши колби, налити в них наступні кількості розчинів точної концентрації (табл. 3.1): Таблиця 3.1.

Розрахунок рівноважних концентрацій речовин
Рівноважна концентрація йоду: де - молярність розчину тіосульфат

Експерементальні данні
Номер колби Температура досліду Номер проби Час відбору проби Об’єм Na2S2O3 (мл) витра

Контрольні питання
1. Які термодинамічні і кінетичні ознаки рівноважного стану? 2. Через які величини можна виразити константу хімічної рівноваги? Яка за­лежність існує між константами рівноваги, вираженими

ФАЗОВІ РІВНОВАГИ
  Для характеристики стану сплавів широко застосовують правило фаз Гіббса, записане у формі: (4.1) де С – ч

І3 ПРОСТОЮ ЕВТЕКТИКОЮ
  Діаграми плавкості цього типу найбільш поширені та характерні для бінарних систем неізоморфних речовин, що не утворюють хімічних сполук, наприклад, свинець—сурма, калію хлорид— літі

Типи термопар
Термопара Позначення по ОСТу Верхня межа температури, °С Сплави Склад,% Хромель–алюмель Х

Послідовність виконання роботи
Видається сім тиглів, що містять бензойну кислоту, нафталін та їх суміші: №1 - бензойна кислота; № 2 -15% нафталіну і 85% бензойної кислоти; № 3 - 30% нафталіну і 70% бен

КРИСТАЛІЗАЦІЯ БІНАРНИХ СУМІШЕЙ
(СИСТЕМА NaNО3 – KNO3)   Завдання: 1. Одержати криві охолодження для чистих компонентів і сумі­шей відомого с

РОЗЧИНИ
  Закон розподілу. Система з двох практично незмішуючихся рідин і третього, розчинного в них компонента, буде біваріантною (С=3–2+1=2) при рівновазі між обома конденс

Послідовність виконання роботи
У мірній колбі на 100 см3 готують розчин бензойної кислоти (наважка 2-4 г) в органічному розчиннику (бензол, толуол, ксилол). Відбирають 50 см3 отри­маного розчину піпеткою за

ВИЗНАЧЕННЯ СТУПЕНЯ АСОЦІАЦІЇ
ОЦТОВОЇ КИСЛОТИ В БЕНЗОЛІ (ЧИ ХЛОРОФОРМІ)   Оцтова кислота, як і інші карбонові кислоти, в органічному розчиннику знаходиться у вигляді подвійних молекул чи

ВИВЧЕННЯ ПРОЦЕСУ ЕКСТРАГУВАННЯ
Завдання. Визначити кількість витягнутої речовини при однократному і багаторазовому витягу тим самим об'ємом розчинника. Виконання роботи. Відміряти по 5м

Кріоскопія, ебуліоскопія
В стані рівноваги між рідиною і парою кількість молекул, що випаровується в одиницю часу дорівнює кількості, що конденсується. Якщо в леткій рідині розчинити невелику кількість будь-якої нелеткої р

Установка термометра Бекмана для кріоскопії.
Термометр Бекмана відрізняється від звичайного, по-перше, великою шкалою (точною), що дозволяє спостерігати зміни температури до 0,001°С й, по-друге, другим запасним ртут­ним резервуаром, за допомо

Послідовність виконання роботи.
Підготовлений термометр Бекмана вста­вити в прилад і почати спостерігати за температурою. Для рівномірності охолод­ження рідину необхідно повільно помішувати вставленою в прилад мішалкою. Помішуван

Послідовність виконання роботи.
Зібрати прилад, схема якого приведена на рис. 5.3. Трубку з внутрішнім діаметром 45 мм розрізати на час­тини довжиною 18

Контрольні питання
1. Що називається розчином? Розчини ідеальні та істинні, їх особливості. 2. Як залежить тиск насиченої пари розчину від концентрації розчиненої ре­човини при даній температурі? 3.

ЕЛЕКТРОХІМІЯ
Йонний добуток води. Вода є досить слабким електролітом. Однією з причин слабкої дисоціації води є те, щоб молекули її є асоційованими за допомогою водневих зв’язків. Іншою при

Кислотності-основності розчинів
Водневим показником рН називають десятковий логарифм концентрації йонів Гідрогену зі знаком мінус: pН= –lg [H+] (6.2) або

Теоретичні відомості
Молекули електролітів у водних розчинах дисоціюють на йони, які і є носіями зарядів. Електрична провідність слабких електролітів, які дисоціюють у водних розчинах частково, визначається в основному

Контрольні питання
1. Чи можна при визначенні електричної провідності розчинів електролітів користуватися постійним струмом? 2. Чи грає роль кількість рідини, узятої для визначення електричної провідності? Щ

ХІМІЧНА КІНЕТИКА
Хімічна кінетика - це розділ фізичної хімії, що вивчає швидкість і механізм хімічних реакцій, а також залежність швидкості протікання реакцій від різних факторів. Швидкість хімічної реакці

ВИВЧЕННЯ ШВИДКОСТІ ЙОДУВАННЯ АЦЕТОНУ
Ціль роботи- визначити значення константи швидкості реакції йодування ацетону в кислому середовищи при двох температурах і вирахувати енергію активації цієї реакції.  

Теоретичні відомості
При реакції гідролізу цукру(I) утвориться глюкоза(II) і фруктоза (III): С12Н22О11 + Н2О → С6Н12О6 + С

Значення деяких фундаментальних сталих
Атомна одиниця маси а.о.м. 1,6606×10-27 кг Електрична стала e0

Знаки деяких математичних дій
а, поділене на b , а / b, ab-1 Абсолютна величина

Густина води при різних температурах
t, 0С r1, г/см3 t, 0С r1, г/см3

Таблиця 6 Інтегральна теплота розчинення DНm солей у воді при 25°С
№ п/п m, моль солі на 1кг Н2О KCl кДж/моль   Концентрація Cm насиченого розчина, моль солі на

Інтегральна теплота розчинення солей, які утворюють кристалогідрати, при температурі 18°С.
Речовина Кількість молів H20 на 1 моль солі DН, кДж/моль BaCl2    

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги