Н. Каразина С. В
жүктеу/скачать 1,02 Mb.
|
Физическая и коллоидная химия. Часть II. Коллоидная химия ( PDFDrive )
| ДИФФУЗИЯ
Диффузией называют самопроизвольный процесс выравнивания концентрации частиц по всему объему раствора или газа под влиянием броуновского движения. Процесс диффузии идет самопроизвольно, поскольку он сопровож- дается увеличением энтропии системы. Равномерное распределение ве- щества в системе отвечает наиболее вероятному ее состоянию. Количественно скорость диффузии описывается уравнением первого закона Фика (см. главу 4, раздел 4.7). Эйнштейном было показано, что коэффициент диффузии связан с размерами диффундирующих частиц уравнением
D RT 6rN A , (10.3)
где r – радиус сферических частиц, размер которых много больше раз- мера молекул растворителя. Единицы измерения D : м2/с. Его величина сильно зависит от размера частиц. Так, при 20 С для сахарозы D =4.610–10 м2/с, для высокомолекулярного полистирола D =8.310–12 м2/с, для коллоидных частиц D =510–13 м2/с. С помощью уравнения Эйнштейна можно определить размер частиц золей и молекулярную массу полимеров. Для этого надо лишь экспери- ментальным путем найти значение коэффициента диффузии D . Если макромолекула имеет форму клубка, то выражение для ее молекулярной массы M можно записать в виде M 4 r3N , где – плотность ВМС. Откуда r3 3M 4NA 3 A ; подставив r в уравнение (10.3), получаем R3T 3 M 16223N 2 D3 . A Для определения величины D необходимо измерить скорость изме- нения концентрации в слое раствора, в котором происходит диффузия. Этот метод основан на втором законе Фика d c 2c 2c 2c d t D x2 y2 z2 . (10.4) Для одномерной диффузии второй закон Фика записывается в сле- дующем виде d c d t 2c
Концентрацию чаще всего определяют оптическими методами, измеряя показатель преломления, оптическую плотность раствора и т.п. В тех случаях, когда определение D по массе продиффундировав- шего вещества затруднительно, коэффициент диффузии и радиус r мож- но вычислить по данным о среднем смещении частиц ( ), поскольку D связан с зависимостью, вытекающей из уравнений (10.2) и (10.3) 2 2Dt. (10.6)
|