扩散系数查看源代码讨论查看历史
| 扩散系数 |
扩散系数——表示气体（或固体）扩散程度的物理量。扩散系数是指当浓度梯度为一个单位时，单位时间内通过单位面积的气体量，在气体中，如果相距1厘米（或者每米）的两部分，其密度相差为1克每立方厘米（或者每米），则在1秒内通过1平方厘米（或者平方米）面积上的气体质量，规定为气体的扩散系数。单位：cm2/S或者m2/s。
简介
按式（2-22），扩散系数D与气体的浓度无直接关系，它随气体温度的升高及总压强的下降而加大。这可以用气体的分子运动论来解释。随着气体温度升高，气体分子的平均运动动能增大，故扩散加快，而随着气体压强的升高，分子间的平均自由行程减小，故扩散就减弱。当然，按状态方程，浓度与压力、温度是相互关联的，所以质扩散系数与浓度是有关的，就象导热系数与温度有关一样。式（2-22)中D的单位是cm2/s，它和动量扩散系数ν=μ/ρ以及热扩散系数α=λ/cpρ的单位相同，在计算质扩散通量或摩尔扩散通量时,D的单位要换算为m2/s。分子扩散传质不只是在气相和液相内进行，同样可在固相内存在，如渗碳炼钢、材料的提纯等等。在固相中的质扩散系数比在液相中还将低大约一个数量级，这可用分子力场对过程的影响更大，使分子移动的自由度更小作为合理的定性解释。二元混合液体的扩散系数以及气-固、液-固之间的扩散系数，比气之间的扩散系数要复杂得多，只有用实验来确定。
评价
斯托克斯-爱因斯坦（Stocks-Einstein）方程是解释粘度与扩散系数之间关系的，D*VIS=kT/6*PI*R。假设粒子半径为R的刚球质点A在稀溶液B中扩散。这里面存在两个基本假设：1，球形（SPHERE），2，刚性体，这样运动基元的扩散运动就可以看成是独立的、与溶剂分子不相关（uncorrelated）的个体行为。SE方程的失效往往是由于这两个基本假设的失效：1，分子非球形，2，扩散基元与溶液分子存在耦合。前者的改变产生的影响有可能相对小一些。SE方程在温度远高于熔点的温度区间没问题，因为在高温区间，溶液中的分子可以看成无关联的，这时候溶液中基元的弛豫基本上是纯指数的。但是，最近大量的实验结果表明（例如刚刚出来的PRL文章），当温度低于一定的临界值，SE方程开始失效。至于这一临界温度，目前没有一个定论，有人认为可能是一个称为TA的温度（对于大多数液体在这个温度下液体弛豫时间可能达到10_-7秒左右），也有最近PRL文章认为在高于液相温度几百度的温度上。无论如何，SE方程的失效都是由于溶液中原子或分子之间存在着关联，从而运动有可能变为COOPERATIVE或者COLLECTIVE的方式 。[1]