Диффузия. Закон Фика.Периодическая система / Курс лекций по Коллоидной химии (Часть 1) / Диффузия. Закон Фика.Страница 2
Диффузию изучают наблюдая за броуновским движением.
Броуновское движение
Тепловое движение в микрогетерогенных системах получило название броуновского движения в честь англ. ботаника Броуна, в 1827г. обнаружившего его при наблюдении под микроскопом водной суспензии цветочной пыльцы. Гуи и Экснер (1888 и 1900 г) предположили, что броуновское движение имеет молекулярно-кинетическую природу. Правильность этого предположения подтверждена теоретическими расчетами Эйнштейна и Смолуховского и экспериментальными работами Перрена и Сведберга. Движение кол.частиц является следствием беспорядочных ударов, нонасимых им молекулами среды, находящимся в тепловом движении. Если частица достаточно мала, то число ударов с разных сторон неодинаково, частица получает периодические импульсы, заставляющие ее двигаться в разных направлениях по очень сложной траектории. При увеличении размера частицы вероятность компенсации ударов возрастает, а инерция частицы становится больше. Поэтому частицы размером ~5мкм и более совершают колебательные движения около некоторого центра тяжести. Кроме поступательного движения малые частицы вследствие ударов молекул среды претерпевают и вращательное броуновское движение.
|
Вследствие хаотического теплового движения молекул среды и броуновское движение дисп. частиц имеет хаотический характер. Направление движения кол. частицы за 1 секунду может меняться до 1020 раз. Поэтому определить истинный путь частицы невозможно, но легко определить среднее расстояние, на которое она смещается за единицу времени при наблюдении за частицей в микроскоп и регистрируя ее положение в поле зрения через равные промежутки времени. В кол.системе невыравненной концентрации частицы, участвующие в броуновском движении обнаруживают заметное диффузионное перемещение. Для количественных расчетов берут среднее квадратичное значение проекции смещения частицы на ось Х, параллельную выбранному направлению |
|
, где Di – отдельные проекции смещения частицы на ось Х, n – число таких проекций. Поскольку диффузия кол. частиц происходит под действием броуновского движения, должна существовать связь между коэффициентом диффузии и |
, эта связь была установлена в 1905г Эйнштейном и в 1906г Смолуховским
|
-ур-е Эйнштейна-Смолуховского. |
|
Теория броуновского движения, созданная Эйнштейном-Смолуховским, была подвергнута экспериментальной проверке. Сведберг исследовал золь коллоидного золота (d=44 ммкм, 1ммк м=10-7см). Он экспериментально измерил среднее смещение за t и рассчитал |
по ур-ю Эйнштейна-Смолуховского, получив сходные величины.
|
Другая проверка проведена Перреном. Он использовал суспензию гуммигута (водонерастворимой смолы). Определив |
Смотрите также
Химия и технология штатных бризантных взрывчатых веществ
Химические
соединения или их смеси, которые содержат в молекулах определенный запас
химической энергии, называют энергонасыщенными веществами. Эта энергия под
действием внешнего импульса в ...
Масс-спектрометрический метод анализа
Масс-спектрометрию
описывали как мельчайшие весы в мире, не из-за размера масс-спектрометра, но
из-за того, что он взвешивает – молекулы. За последнее время масс-спектрометрия
претерпела по ...