Бағдарламасы студенттері үшін шымкент, 2023 2
Диффузия жєне флуктуация
жүктеу/скачать 4,58 Mb. Pdf көрінісі
|
1o8jpdncqJpB9LArsctL2Ms8POaKSemXzuEP9c14
| 2. Диффузия жєне флуктуация
Дисперсті фазаның белшектері молекулалық-кинетикалық козғалыс салдарынан кездейсоқ қозғалыстарға да душар болады. Алайда берілген көлемдегі бөлшектер концентрациясы әр түрлі болса, мәселен, ыдыстьщ түбіндегі бөлшектер концентрациясы оның бетіндегіден артық болса, онда осы бөлшектердің төменнен жоғары қарай қозғалуынан гөрі керісінше жоғарыдан төменге қарай ауысуы артық болатыны анық. Әрине, мүндай қозғалысты : ауысулар берілген көлемдегі концентрация мәні теңелгенше жүреді, ал басқа қозғалыстар тоқтаусыз жалғасады. Иондардың, молекулалардың немесе коллоидты бөлшектердін, ретсіз жылулық қозғалыс (коллоидты системалар үшін броундық қозғалыс) кезіндегі концентрацияны теңестіру бағытында өздігінен жүретін процесін диффузия деп атайды. Демек, дифдрузия өздігінен жүретін процесс ретінде барлық дисперсті системалар үшін, газдарға арналған Фик заңына бағынады. Фиктің бірінші заңына байланысты диффузия жылдамдығы өзі диффузияланатын аудан мен концентрациялық градиентке тура пропорционалды : dx DSdC dt dm / / (3) мұндағы dm — диффузияланған зат массасы; dt — шексіз аз уақыт; 5 — берілген зат диффузияланған аудан; dC/dx — концентрация градиенті немесе концентрация кемуі; dC — концентрация; dx — концентрациясы кеміген бөлік; D—диффузия коэффициенті, ол әрбір дисперсті системаның диффузиялану қабілетін сипаттайды. Бұл коэффициент концентрация градиенті 1-ге тең болғанда бір шаршы сантиметр ауданнан 1 секта диффузияланып өткен масса мөлшерін көрсетеді. Егер диффузия процесі кезінде диффузия коэффициенті өзгеретін болса, онда оған орай концентрация градиенті де өзгереді. Олай болса уақытқа байланысты концентра-ция езгерісінің жылдамдығын, яғни dC/dt туындысын анықтау керек. Ол Фиктің екінші заңын әрнектейтін теңдеумен апықталады: 2 2 / / dx C Dd dt dC (4) Фиктің екі заңын колдану кезіндегі негізгі қиындық көп уақытқа дейін диффузия коэффициентінің мәнін табу болып келеді. Алайда бұл коэффициентті анықтау қиындығы Эйнштейн броундық козғалысты зерттегенде орташа жылжу, мен байланыстырғалы жеңілденді. Эйнштейн сұйыққа арналған Стокс заңын пайдаланып, диффузия коэффициентінің дисперсті ортаның тұтқырлығы мен бөлшек радиусына тәуелділігін аныктады. Қазір коллоидты ерітіндідегі бөлшектің өлшемін анықтаудағы диффузиялық әдіс бірден бір нақтылы нәтиже беруде. Коллоидты системадағы броундық қозғалыс пен диффузияны зерттеу дисперсті системаның табиғатын тереңірек түсінуге көмектесіп, осы система мен молекулалық .дисперсті системалар арасындағы молекулалық-кинетикалық орта қасиеттерін анықтады. Сөйтіп, бұлар молекулалардың бар екенін онық материялығын айқындаумен қатар, табиғаттану ілімін материалистік тұрғыдан түсі-нуге өз септігін тигізді. Броундық қозғалысты онан әрі зерттеу флуктуация теориясы деп аталатын жаңа бағыттың пайда болуына әкелді. Флуктуация деп тығыздықтың, концентрацияның немесе сйстемадағы микрокөлемнің орташа мәнінен оның парйметрлерінің ездігінен ауытқуын айтады. Мысалы, Сведберг флуктуация құбылысың байқау кезінде, алтын золіндегі 1000 ммк 3 -де орналасқан коллоидты бөлшекті (алтынды) санайды. Ондағы бөлшектің орташа саны езгеріп отырған. Диффузия да, флуктуация да жылулық қозғалыстың нәтижесінде болғанымен, олар біріне-бірі кері құбылыс екен. Егер диффузия термодинамиканьң екінші заңына орай кез келген өздігінен жүретін процесс ретінде қайтымсыз болса, онда бұған кері жүретін флуктуация құбылысы термодинамика екінші заңының статистикалық сипатын көрсетеді, яғни оны жекелеген белшектерге немесе олардың аз санына қолдануға болмайды. Диффузия коэффициенті D – шамасының өлшем бірлігі м 2 / с. Аталған шама – бөлшектердің диффузиялануын санды тұрғыда сипаттайтын көрсеткіш. Өзге тәілмен айтқанда, уақыт бірлігінде, бірлік аудан бөлігінен, концентрациясы жоғарысынан төменіне (айырмашылығы бір – бірлікке ғана тең) қарай өтіп жатқан бөлшек саны. |