Πώς αλλάζει η διάχυση μάζας ενός μείγματος αερίου με θερμοκρασία και πίεση;
διάχυση μάζας των μειγμάτων αερίου:Εξάρτηση θερμοκρασίας και πίεσης
Η διάχυση της μάζας (D) είναι ένα μέτρο του πόσο γρήγορα ένα συστατικό ενός μείγματος αερίου διαχέεται μέσω των άλλων συστατικών. Επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένης της θερμοκρασίας και της πίεσης. Δείτε πώς επηρεάζουν τη διάχυση:
Θερμοκρασία:
* άμεσα αναλογική: Καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία, η διάχυση μάζας αυξάνεται γενικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι υψηλότερες θερμοκρασίες οδηγούν σε:
* Αυξημένη κινητική ενέργεια: Τα μόρια κινούνται ταχύτερα και συγκρούονται συχνότερα, ενισχύοντας τη διάχυση.
* Μειωμένο ιξώδες: Το αέριο γίνεται λιγότερο ιξώδες, προσφέροντας λιγότερη αντίσταση στη διάχυση.
* Εμπειρική σχέση: Η εξάρτηση από τη θερμοκρασία της διάχυσης περιγράφεται συχνά από την εξίσωση chapman-enskog , η οποία δείχνει περίπου γραμμική σχέση μεταξύ D και της τετραγωνικής ρίζας της απόλυτης θερμοκρασίας:
`` `
D ∝ √t
`` `
πίεση:
* Αντίστροφη αναλογική: Καθώς αυξάνεται η πίεση, η διάχυση μάζας μειώνεται γενικά. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι:
* Αυξημένες συγκρούσεις: Η υψηλότερη πίεση οδηγεί σε συχνότερες συγκρούσεις μεταξύ των μορίων, παρεμποδίζοντας τη διάχυση.
* Μειωμένη μέση ελεύθερη διαδρομή: Η μέση απόσταση που ένα μόριο ταξιδεύει πριν συγκρουστεί με μια άλλη μείωση, καθιστώντας πιο δύσκολο για τα μόρια να κινούνται ελεύθερα.
* Εμπειρική σχέση: Η εξάρτηση από την πίεση της διάχυσης περιγράφεται συχνά από την μετά την εξίσωση :
`` `
D ∝ 1/P
`` `
Σημαντικές σημειώσεις:
* Ιδανική παραδοχή αερίου: Αυτές οι σχέσεις ισχύουν γενικά για ιδανικά μίγματα αερίου. Τα πραγματικά αέρια ενδέχεται να παρουσιάζουν αποκλίσεις από αυτή την ιδανική συμπεριφορά.
* Άλλοι παράγοντες: Εκτός από τη θερμοκρασία και την πίεση, η διάχυση επηρεάζεται επίσης από:
* Μοριακό μέγεθος και σχήμα: Τα μεγαλύτερα μόρια διαχέονται πιο αργά από τα μικρότερα.
* Σύνθεση του μείγματος: Διαφορετικά συστατικά αερίου αλληλεπιδρούν διαφορετικά, επηρεάζοντας τη διάχυση.
* Παρουσία τρίτου συστατικού: Σε ένα μίγμα πολλαπλών συστατικών, η διάχυση ενός συστατικού μπορεί να επηρεαστεί από την παρουσία άλλων συστατικών.
Πρακτικές συνέπειες:
* Χημικές διεργασίες: Η κατανόηση των επιδράσεων της θερμοκρασίας και της πίεσης στη διάχυση είναι ζωτικής σημασίας για το σχεδιασμό και τη βελτιστοποίηση των χημικών διεργασιών που περιλαμβάνουν αντιδράσεις αερίου και μεταφορά μάζας.
* Περιβαλλοντικές εφαρμογές: Η διάχυση διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη διασπορά της ατμοσφαιρικής ρύπανσης, όπου οι μεταβολές της θερμοκρασίας και της πίεσης επηρεάζουν τον τρόπο με τον οποίο οι ρύποι κινούνται στον αέρα.
* Βιολογικά συστήματα: Η διάχυση είναι απαραίτητη σε βιολογικά συστήματα, όπως η μεταφορά αερίων στους πνεύμονες και η παράδοση θρεπτικών ουσιών στην κυκλοφορία του αίματος.
Με την κατανόηση των παραγόντων που επηρεάζουν τη διάχυση της μάζας, οι μηχανικοί και οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν και να ελέγξουν τον ρυθμό διάχυσης σε διάφορες εφαρμογές.
