> Энциклопедический словарь Гранат, страница 191 > Диффузия

Диффузия

Диффузия (от dis—раз, fundere—лить, diflundere—разливать). Д. называется процесс смешения двух или нескольких соприкасающихся друг с другом газов или жидкостей, причем в жидкостях Д. может происходить только тогда, когда данные жидкости вообще могут смешиваться друг с другом. Примером не смешивающихся жидкостей может служить ртуть и вода; наоборот, водный раствор какой-нибудь соли может смешиваться с растворителем (водой) в любой пропорции. В промежутке между этими группами жидкостей стоят такия, которые хотя и могут смешиваться, но только до известного предела; так, например, вода может смешиваться с хлороформом, но только до тех пор, пока количество воды, смешавшейся с хлороформом, не достигнет некоторой, вполне определенной величины; если две такие жидкости соприкасаются, то процесс смешения—Д. происходит сам собой, но только до указанного предела. Если две жидкости смешиваются в любых пропорциях, то процесс Д. продолжается до тех пор, пока не получится повсюду однородная смесь; в газах Д. происходит всегда по этому типу. Д. происходит и в твердых телах, хотя и черезвычайно медленно; так, если покрыть толстую свинцовую пластинку слоем золота, то через некоторое время золото проникает в самую толщу свинца. Явление Д. жидкостей особенно наглядно, если одна из жидкостей окрашена, например, раствор медного купороса в воде и вода. Для изучения самого процесса Д. существует несколько методов, а) На дно стакана А (рисунок 1) наливают небольшое количество ртути для того, чтобы получить гладкую поверхность; поверх ртути наливается чистый растворитель (в большинстве случаев вода); при помощи воронки Т осторожно приливают раствор какой-нибудь соли, Д. которой желают изучить: более тяжелый раствор располагается ровным слоем между ртутью и водой. В таком виде прибор оставляют стоять в течение известного промежутка времени, предохраняя его от сотрясений, после чего, осторожно приливая ртуть на дно сосуда через воронку Т, вытесняют через трубку с верхний слой жидкости и определяют в ней количество соли. Таким путем можно найти, какое количество соли проходит через слой растворителя за известный промежуток времени. Точное исследование явления требует высшого математического анализа; в основе этого математического анализа явления Д. лежит следующий, установленный опытом факт. Количество перенесенного в единицу времени вещества Q пропорционально площади сечения сосуда q, обратно пропорционально длине 1 и прямо пропорционально убыли концентрации с2—с1 растворенного вещества в начале и конце столба жидкости 1. След., £ _0

Q =k —j— q; здесь к коэффициент

Д. Он имеет следующий смысл: положив с2—сх=1, q=l и 1=1, мы получаем Q=k, следовательно, коэффициент Д. показывает, какое количество вещества переносится в единицу времени через единицу площади между двумя слоями, отстоящими друг от друга на расстоянии 1 cm., при разности концентрации=1. Ь) Для изучения распределения концентраций лордом Келвином был предложен метод поплавков-, стеклянные шарики наполняются водой или раствором, причем в них оставляют большее или меньшее количество воздуха и запаивают. Таким образом получаются поплавки различного веса; поплавки остаются в том слое, где вес вытесненного раствора равен весу поплавка; определив предварительно концентрацию, соответствующую каждому из поплавков, мы можем, отметив их и пустив в диффундирующую смесь, найти распределение концентрации, с) Так как растворы имеют показатель преломления (смотрите свет), зависящий от концентрации, то воспроизводя явление Д. в призматическом сосуде, можно определять изменение концентрации по величине отклонения пучка света, прошедшого через призму на различных уровнях, d) Д. веществ, вращающих плоскость поляризации (смотрите поляризация света, сахариметрия), можно также изучать оптически. Д. может происходить через пористия перегородки, причем некоторые из них, т. н. полупроницаемыя, пропускают растворитель и не пропускают растворенного тела. Об этих явлениях см. ос-моз. Указанная в а) математическая теория, представляющая обобщение опыта, интересна тем, что она приводит к уравнениям, формально тождественным с уравнениями распространения тепла и электричества, но самого механизма явления Д. онане касается. Дальнейший шаг в этом направлении сделала молекулярно-кинетическая теория; эта теория детально разработана только для газообразного состояния материи, хотя в последнее время сделаны крупные шаги и в кинетической теории жидкостей. Самое представление о механизме Д. с молекулярно-кинетической точки зрения можно наглядно иллюстрировать следующей картиной: представим себе половину биллиардного стола занятой белыми шарами, другую—черными и предположим, что все шары двигаются в хаотическом беспорядке,—

рано или поздно шары перемешаются; взаимные столкновения замедляют этот процесс Д.,—обстоятельство, на которое обратил внимание Клаузиус в ответ на возражения против кинетической теории, в которых указывалось, что медленность процесса Д. противоречит тем большим скоростям поступательного движения, какие мы должны приписать молекулам согласно кинетической теории. Построенная на этих основах математическая теория устанавливает связь между Д. и целым рядом других явлений, как, например, передача количества движения (явления трения) и передача тепла (явления теплопроводности), и эта связь многократно была проверена на опыте. Очень легко наблюдать явление Д. газов через пористия перегородки; этот случай легко объясняется кинетической теорией, в особенности в том случае, когда поры настолько малы, что при прохождении газа через отверстия мы можем отвлечься от взаимных столкновений молекул; тогда скорость Д. будет пропорциональна скорости движения молекул. При одинаковой температуре средняя кинетическая энергия молекул любого газа одна

m,u,2 m,u,2

и та же: —== 2 откуда скорости двух газов будут находиться в обратном отношении квадратных корней из молекулярныхвесов: -L=У -5-- Этот закон

u2 гбыл найден из опыта Грэамом. В настоящее время кинетическая теория, благодаря целому ряду теоретических исследований, распространена и на растворы, как молекулярные (растворы в собственном смысле этого слова), так и на коллоидные, а также и на эмульсии. Предпринятия на основании этих исследований экспериментальные работы привели к согласным с теорией результатам и позволили, на основании измерения коэффициента Д., определить совершенно новым и независимым от прежних методов путем основную в молекулярной теории величину: число молекул в грам-молекуле какого угодно вещества.

Рисунок 1.

Литература: О. Хвольсон, „Курс физики“; О. Е. Meyer, „Die kinetische Theorie der Gase“ (1899); Byk, „Ein-fiihrung in die kinetische Theorie der Gase“ (1910); Перрен, „Броуновское движение и молекулы“. Новия идеи в физике. Сборник № 1, 911. ТИи. Svedberg, „Die Existenz der Molekiille“ (1912). А. Тимирязев.