ДИФУЗІЯ

ДИФУЗІЯ (лат. diffusio — поширення, розтікання) — процес переносу речовини, зумовлений вирівнюванням його концентрації у первинній неоднорідній системі. Д. розділяють на молекулярну та конвективну (турбулентну). Молекулярною Д. називають процес переносу речовини, зумовлений безладним (тепловим) рухом молекул. Молекулярна Д. описується першим законом Фіка, відповідно до якого кількість речовини dM, яка дифундує за час dτ через елементарну поверхню dF, пропорційна градієнту концентрації dC/dn цієї речовини:

DM = –D · dF · dτ · dC/dn,

де D — коефіцієнт молекулярної Д., який характеризує здатність цієї речовини проникати внаслідок молекулярної Д. у нерухоме середовище. Значення коефіцієнта Д. є функцією властивостей речовини, що розподіляється, властивостей середовища, через яке вона дифундує, температури та тиску. Як правило, Д. зростає з підвищенням температури та зниженням тиску. Знак мінус у правій частині першого закону Фіка вказує на те, що молекулярна Д. завжди проходить у напрямку зниження концентрації речовини, що дифундує. Коефіцієнти Д. газу в середовище іншого газу мають значення 0,1–1 см2/с, а при Д. газу в рідину вони у 104–105 разів менше і становлять близько 1 см2/добу. Таким чином, молекулярна Д. є дуже повільним процесом, особливо у рідині. Конвективна Д. пов’язана з рухом середовища, де за рахунок турбулентних пульсацій здійснюється перемішування потоку і тим самим вирівнюється концентрація речовини в об’ємі. Швидкість конвективної Д. залежить від гідродинамічних умов, які визначаються швидкістю потоку та масштабом турбулентності. Розподіл концентрацій при конвективній і молекулярній Д. описується диференційним рівнянням конвективного переносу речовини: ∂c/∂τ + w × grad(c)=D × ∇2(c), де grad(c) = ∂c/∂x + ∂c/∂y + ∂c/∂z; ∇2(с) = ∂2c/∂x2+2c/∂y2 + ∂2c/∂z2. У диференційному рівнянні конвективного переносу в рухомому середовищі завдяки концентрації перемінною є швидкість потоку. Тому це рівняння треба розглядати поєднано з диференційними рівняннями гідродинаміки — рівнянням руху Навьє — Стокса та рівнянням нерозривності потоку. За наявності перепаду температур у фазі виникає перенос, зумовлений градієнтом температур, який називається термодифузією. У цьому разі важчий компонент суміші переміщується у напрямку градієнта температур, а саме у частину об’єму з більш низькою температурою, а більш легкий компонент — у протилежному напрямку. У результаті біля холодної поверхні фаза збагачується більш важким, а біля гарячої — більш легким компонентом.

 Берд Р., Стюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. — М., 1974; Рид А., Шервуд Т. Свойства газов и жидкостей. — Л., 1971.