分子擴(kuò)散系數(shù)的介紹

表征物質(zhì)分子擴(kuò)散能力的物理量，受系統(tǒng)的溫度、壓力和混合物中組分濃度的影響。根據(jù)斐克定律，組分A在組分B中的分子擴(kuò)散系數(shù)，其值等于該物質(zhì)在單位時(shí)間內(nèi)、單位濃度梯度作用下、經(jīng)單位面積沿?cái)U(kuò)散方向傳遞的物質(zhì)量。組分在氣體中分子擴(kuò)散系數(shù)約10的（-5）次～10的（-4）次平方米/s，在液體中約為10的（-9）次～10的（-10）次平方米/s,在固體中約為10的（-9）次～10的（-14）次平方米/s。分子擴(kuò)散系數(shù)的準(zhǔn)確數(shù)值是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定的。氣體和液體中的分子擴(kuò)散系數(shù)，也用一些半經(jīng)驗(yàn)公式估算。

分子擴(kuò)散速度怎么求

D=擴(kuò)散速率(m2/s)。分子擴(kuò)散系數(shù)公式是：D=擴(kuò)散速率(m2/s)；CA=A物質(zhì)于界面間的飽和濃度(kmol/m3)；L=質(zhì)傳有效距離(mm)、CBm=蒸氣的對(duì)數(shù)平均莫耳濃度(kmol/m3)；CT=總莫耳濃度=CA+CBm(kmol/m3)擴(kuò)散系數(shù)可分為自擴(kuò)散系數(shù)、互擴(kuò)散系數(shù)及內(nèi)擴(kuò)散系數(shù)。

materials studio 模擬擴(kuò)散系數(shù)有幾種方法

Materials Studio 案例 2： ： 水分子在 1atm，298K 下的徑向分布和擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算 目的：用 Materials Studio（MS）軟件模擬計(jì)算 1atm ，25℃下，500 個(gè)水分子無定形體系的 目的 徑向分布函數(shù)和擴(kuò)散系數(shù)。 模塊：Amorphous cell, Discover 模塊 簡(jiǎn)介：徑向分布函數(shù) g(r)：以流體系統(tǒng)中一個(gè)分子為目標(biāo)分子，與其中心距離由 r → dr 間 簡(jiǎn)介 的分子數(shù)目為 dN ，則 g ( r ) = dN 可理解為區(qū)域密度與平均密度的比。 ρ 4π r 2 dr 分子擴(kuò)散系數(shù)：在一個(gè)不流動(dòng)的環(huán)境中，若某組分在空間各位置點(diǎn)上的濃度不

分子擴(kuò)散

在大多數(shù)地質(zhì)問題中，人們不得不處理小分子的擴(kuò)散。這些小分子可能是中性物質(zhì)，如N₂、O₂、CO₂和H₂S或離子物質(zhì)，如Ca²⁺、

、H⁺、OH^-及其他許多離子。所有這些小分子的擴(kuò)散均在10^-5cm²·s^-1的數(shù)量級(jí)上。表3.1列出了溫度在0～25℃之間范圍內(nèi)不同離子的分子擴(kuò)散系數(shù)，從表中可以看出，隨溫度的升高擴(kuò)散系數(shù)增大。H⁺和OH^-的擴(kuò)散系數(shù)比其他離子高5～10倍，而有些金屬離子卻比平均值低2倍左右（Li＆Grego-ry，1974）。

因此，如果CaCl₂溶解于水中，根據(jù)表3.1可知，Cl^-將比Ca²⁺更快地進(jìn)入溶液。然而，如果真發(fā)生這一情況，那么，將發(fā)生電荷的分離。這勢(shì)必產(chǎn)生電場(chǎng)阻礙Cl^-的運(yùn)動(dòng)、加強(qiáng)Ca²⁺的移動(dòng)性，以保持溶液的電中性。所以兩離子的擴(kuò)散被捆綁在一起。它可用相同的擴(kuò)散系數(shù)（即兩者的平均值）進(jìn)行刻畫。

對(duì)于二元電解液（A^+Z+）V⁺（B^-Z-）V^-（Z±表示離子電荷，V±表示某化學(xué)計(jì)量系數(shù)），共同的擴(kuò)散系數(shù)為

巖溶作用動(dòng)力學(xué)與環(huán)境

此公式首先是由Nernst獲得的，一些標(biāo)準(zhǔn)的教科書，如Jordan（1979）對(duì)它進(jìn)行了推導(dǎo)。應(yīng)指出的是擴(kuò)散系數(shù)還取決于離子的濃度。然而在實(shí)際的地下水中，離子濃度的影響很小，可以忽略不計(jì)。對(duì)于液相溶液中的氣體，擴(kuò)散常數(shù)在1×10^-5～2×10^-5cm²·s^-1之間（Lerman，1979）。

表3.1 巖溶水中各組分的分子擴(kuò)散系數(shù)（10^-6cm²·s^-1）

①據(jù)Landolt-Boernstein，1969；其他據(jù)Li＆Gregory，1974。

擴(kuò)散系數(shù)的擴(kuò)散系數(shù)

物質(zhì)的分子擴(kuò)散系數(shù)表示它的擴(kuò)散能力，是物質(zhì)的物理性質(zhì)之一。根據(jù)菲克定律，擴(kuò)散系數(shù)是沿?cái)U(kuò)散方向，在單位時(shí)間每單位濃度梯度的條件下，垂直通過單位面積所擴(kuò)散某物質(zhì)的質(zhì)量或摩爾數(shù)，即可以看出，質(zhì)量擴(kuò)散系數(shù)D和動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)ν及熱量擴(kuò)散系數(shù)α具有相同的單位（m2/s）或（cm2/s），擴(kuò)散系數(shù)的大小主要取決于擴(kuò)散物質(zhì)和擴(kuò)散介質(zhì)的種類及其溫度和壓力。質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)一般要由實(shí)驗(yàn)測(cè)定。某些氣體與氣體之間和氣體在液體中擴(kuò)散系數(shù)的典型值如表2-1所示。
其中，液相質(zhì)擴(kuò)散，如氣體吸收，溶劑革取以及蒸餾操作等的D比氣相質(zhì)擴(kuò)散的D低一個(gè)數(shù)量級(jí)以上，這是由于液體中分子間的作用力強(qiáng)烈地束縛了分子活動(dòng)的自由程，分子移動(dòng)的自由度縮小的緣故。
二元混合氣體作為理想氣體用分子動(dòng)力理論可以得出D～p-1T3/2的關(guān)系。不同物質(zhì)之間的分子擴(kuò)散系數(shù)是通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定的。表2-2列舉了在壓強(qiáng)p0=1.013×105Pa、溫度T0=273K時(shí)各種氣體在空氣中的擴(kuò)散系數(shù)D0,在其它p、T狀態(tài)下的擴(kuò)散系數(shù)可用下式換算
兩種氣體A與B之間的分子擴(kuò)散系數(shù)可用吉利蘭（Gilliland)提出的半經(jīng)驗(yàn)公式估算
(2-22)
式中,T:熱力學(xué)溫度,K;p:總壓強(qiáng),Pa;μA、μB:氣體A、B的分子量;VA、VB:氣體A、B在正常沸點(diǎn)時(shí)液態(tài)克摩爾容積,cm3/gmol。幾種常見氣體的液態(tài)克摩爾容積可以查表2-3。
按式（2-22），擴(kuò)散系數(shù)D與氣體的濃度無直接關(guān)系，它隨氣體溫度的升高及總壓強(qiáng)的下降而加大。這可以用氣體的分子運(yùn)動(dòng)論來解釋。隨著氣體溫度升高，氣體分子的平均運(yùn)動(dòng)動(dòng)能增大，故擴(kuò)散加快，而隨著氣體壓強(qiáng)的升高，分子間的平均自由行程減小，故擴(kuò)散就減弱。當(dāng)然，按狀態(tài)方程，濃度與壓力、溫度是相互關(guān)聯(lián)的，所以質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)與濃度是有關(guān)的，就象導(dǎo)熱系數(shù)與溫度有關(guān)一樣。式（2-22)中D的單位是cm2/s，它和動(dòng)量擴(kuò)散系數(shù)ν=μ/ρ以及熱擴(kuò)散系數(shù)α=λ/cpρ的單位相同，在計(jì)算質(zhì)擴(kuò)散通量或摩爾擴(kuò)散通量時(shí),D的單位要換算為m2/s。
分子擴(kuò)散傳質(zhì)不只是在氣相和液相內(nèi)進(jìn)行，同樣可在固相內(nèi)存在，如滲碳煉鋼、材料的提純等等。在固相中的質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)比在液相中還將低大約一個(gè)數(shù)量級(jí)，這可用分子力場(chǎng)對(duì)過程的影響更大，使分子移動(dòng)的自由度更小作為合理的定性解釋。
二元混合液體的擴(kuò)散系數(shù)以及氣-固、液-固之間的擴(kuò)散系數(shù)，比氣之間的擴(kuò)散系數(shù)要復(fù)雜得多，只有用實(shí)驗(yàn)來確定。