Диффузия

Диффузия

Диффузия^[1](лат. dіffusіo – таралу, жайылу) – нақтылы дене бөлшектерінің жылулық қозгалыстарга ұшырай отырып, сол дене конңентрациясының селдір аудандарына қарай жылжуы;молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан шеқаралас орналасқан әр түрлі заттардың бір-біріне өту құбылысы. Диффузия дененің бүкіл көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін, сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді. Кейбір денелердің өте шағын бөлшектері ғана емес (атомдар,молекулалар, иондар), біршама ірі түйіршіктері де диффузиялық қасиетті иемденуі мүмкін.

Диффузия жылдамдығы температураға тікелей байланысты, алайда бүл процесс газдарда өте тез, сүйықтарда одан гөрі баяу, ал қатты заттарда өте баяу өтеді.^[2]

Диффузия құбылысы барлық агрегаттық күйде, диффузияланатын  заттың сол ортадағы шоғырлануы теңелгенге дейін жүре береді. Газ немесе сұйықтың молекулаларының бір орыннан  екінші орынға ауысуы арқылы өз ішінде диффузиялануы өздік диффузия деп  аталады. Диффузияның өту шапшаңдығы — диффузияланатын заттың тегіне және оның қандай жағдайда болуына  байланысты анықталатын шама — диффузия коэффициентімен сипатталады. Диффузия коэффициентінің халықаралық бірліктер жүйесіндегі өлшеу бірлігі — м²/сек. Диффузия құбылысы табиғатта маңызды роль атқарады: атмосфераның жер бетіне жақын орналасқан қабаттарындағы ауа құрамының біркелкі болуына ықпал етіп, өсімдіктердің дұрыс қоректенуіне жағдай туғызады.^[3]

Диффузия - бір кезде игерілген  және пайдаланылған инновацияның жаңа жағдайда, жаңа орындарда таралуы.^[4][5]

Тағы қараныз

• Диффузиялық булану
• Диффузиялық вакуум сорғы
• Диффузиялық аппарат

Пайдаланған әдебиет

1. ↑ Саяси түсіндірме сөздік. – Алматы, 2007. ISBN 9965-32-491-3
2. ↑ Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Қ 17 Геология/Жалпы редакциясын басқарған — түсіндірме сөздіктер топтамасын шығару жөніндегі ғылыми-баспа бағдарламасының ғылыми жетекшісі, педагогика ғылымдарының докторы, профессор, Қазақстан Республикасы Мемлекеттік сыйлығының лауреаты А.Қ.Қүсайынов — Алматы: "Мектеп" баспасы" Ж А Қ , 2003. — 248 бет. ӀSВN 5-7667-8188-1 ӀSВN 9965-16-512-2
3. ↑ Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі. Су шарушылығы. – Алматы, Мектеп, 2002.
4. ↑ Орысша-қазақша түсіндірме сөздік: Педагогика / О 74 Жалпы редакциясын басқарған э.ғ.д., профессор Е. Арын - Павлодар: "ЭКО" ҒӨФ. 2006. - 482 б. ISBN 9965-808-85-6
5. ↑ Мұнай және газ геологиясы танымдық және кәсіптік-технологиялық терминдерінің түсіндірме сөздігі. Аныктамалық басылым.- Алматы: 2003. ISBN 9965-472-27-0

Сұйықтың қасиеттері

Идеал газдан айрықша, кез  келген нақты газ осы газға  жеткілікті темен температурада  және жетқілікті биік қысымда сұйыққа  немесе қатты денеге айналады.  
Заттың сұйьіқкүйінің негізгі ерекшеліктеріне молекула-лардың, алыс қаіііыктыктарда реттілігі жоғалатыңдай, бір-біріне тығыз орналасуы және олардың өзара орындарын ауыстыруы жатады. Осы ерекшеліктер сұйықтың ақкьіш-тығын және көлемнің тұрактылығын түсіндіреді. Молекула-лардың сұйық ішінде еркін орын ауыстыру мүмкіншілігі сұйықтағы диффузия жылдамдығы қатты денедегі диф¬фузия жылдамдығынан артық екеңцігін түсіңціреді.  
Сұйық ішіңдегі молекулаға жан-жактан әрекет еткен тартылыс күштері өзара теңесу себебінен молекулалар еркін орын ауыстыра алады (2.87-сурет). Ал сұйыктың бетіңдегі молеқулағатартьільіскүпггері бір жактан ғана, сұйықжағынан әрекет етеді. Су бетіне шығу ушін молекула осы күштерден асу керек. Су бетіндегі молекуланың, ішкі молекулалармен салыстырғанда, артьіқпотенциалдьіқэнергиясьі бар.

Булану

Басқа молекулалармен соктығысу  себебінен зат молеку-лаларының  ретсіз қозғалыс жыдцамдықтары орташа жыл-дамдыктан бірде артық, бірде  кем болып тұрады. Соңдыктан ылғи да молекулалардың әлдебір бөлігінің  кинетикалық энергиясы байланыс энергиясынан асады. Егер осындай молекула сұйықтың бетіне жақын болса, ол басқа  моле-кулалардың тартылыс күшінен босап, сүйыктың үстіндегі кеңістікке шыға алады. Осылай заттьщ бір бөлігінің  сұйық куйден газ күйге ауысуын "бртңу процесі деп атайды. Буланганда сүйыктан тек еңтез молекулалар  ғана шығады, сондыктан калған молекулалардыңжылулыққозғалысының  орташа кинетикалық энергиясы кемиді. Буланғанда сұйықтың температурасы  төмеңдейді.

Конденсация

Булану процесімен қатар  кері процесс - заттың газ күйінен  сүйыққа ауысу процесі өтеді. Бұл процесс будың конденсациясы  деп аталады.  
Сұйықтың үстінде бу молекулаларының концентра-циясы өскенде, конденсация процесі жеделдетіледі. Сұйық үстіндегі будың концентрациясы әлдебір мәнге жеткеңде, булану және конденсация процестері арасында динамикалықтепе-тендік орын алады, басқаша айтқанда, уақыттың бір аралығында сүйықтан шыққан молекула-лардың саны және будан қайтып келген молекулалардың саны бірдей болады.

Қайнау

Температура жоғарылау нәтижесінде  қаныққан будың қысымы сұйықтың сыртындағы қысымға жеткенде, сұйықтың ішіндегі бу көпіршіктері тез өсіп, сұйық бетіне шыға бастайды. Бұл процесс сұйьщтыңңайнауыд.еп ата-лады. Сұйықтың қайнау температурасы сыртқы қысымға тәуелді. 100°С температурада судың қаныққан буының қысымы 105 Па қалыпты атмосфералық қысымға жетеді. Сондықтан 105Па қалыпты атмосфералық қы-сымда су 100°С-та қайнайды. Теңізден 3000 м биіктіктегі таулы жерлёрде ауаның қысымы 7 -104Па. Қаныққан будың қысымы бұл қысымға 90°С температурада жетеді. Сондықтан бұл биіктікте су 90°С-та қайнайды:  
Қайнағанда сұйыққа берілген энергия толығынан сұйыкты буға айналдыруға жұмсалады, сондықтан сұйықтың температурасы өспейді. Егер сұйықты қалыпты атмосфералық кысымдағы қайнау темпера-турасынан жоғары температураға қыздыру керек болса, жоғары қысымды көтеретін герметикалық жабылған ыдысқа орналастырады. Бұл жағдайда сұйықты қыздыр-ғанда, оның үстіндегі қаныққан будың қысымы атмо-сфералық қысымнан артық қысым тудырады және қай-нау процесін тежейді. Температураның әлдебір ^мәнінде бұл ыдыстағы қысым осы температурадағы қаныққан будың қысымына тең. Мысалы, жабық ыдыстағы суды 180°С-қа дейін қыздырғанда, ондағы қысым 106Па-ға, яғни 10 атмосфераға жетеді.

Диффузия құбылысы

Заттардың молекула-кинетикалық  теориясы түжырым-дайтын екінші мысал — диффузия.  
Әр түрлі заттар біріне-бірі тиіскенде, олардьщ біреуінщ молекуласының екіншісіне өту қубылысын диффузия деп атайды.  
Диффузияға мысалды көптеп келтіруге болады. Мысалы, әтірді үйдің бір бүрышына сепсек, ол үйдің басқа да жерлеріне тарап к&теді.  
Екінші бір мысал. Марганец қышқылды калийдің крис-талын стакандағы суға тастап жіберсек, онда ол стаканның түбінде күлгін түске айналады да, біраздан кейін бүкіл стаканның ішіне таралады.  
Диффузия қүбылысы қатты денелерде де болады. Қатты денелердегі диффузия қүбылысын байқау үшін, үзақ мерзім кажет. Мысалы, алтын мен қорғасын арасында диффузия қүбылысы болып, олардың молекулалары біріне-бірі-1 мм-ге дейін енуі үшін 4—5 жыл уақыт қажет болады екені  
Диффузияның жылдамдығы температураға байланысты. Температура арткан сайын, диффузияньщ жылдамдығы да арта түседі.  
Диффузия қүбылысының табиғатта үлкен маңызы бар» Диффузия қүбылысы жер бетіндегі атмосфералық ауа қүры-лымының бір текті болуын камтамасыз етеді. Егер диффузия болмаса, онда төменгі жерлерде ауыр газдар, әсіресе көмір қышқыл газы жиналар еді де, өсімдіктер қурап, жәндіктер қырылып калар еді. Өсімдіктердің қоректенуі диффузия құбылысымен түсіндіріледі. Сонымен, диффузия дегеніміз массаны тасьшалдау болып есептеледі.

Дисперсті фазаның бөлшектері молекулалық-кинетикалық қоз-ғалыс салдарынан кездейсоқ қозғалыстарға да душар болады. Алайда берілген көлемдегі бөлшектер концентрациясы әр түрлі болса, мәселен, ыдыстьщ түбіндегі бөлшектер концентрациясыоның бетіндегіден артык болса, онда осы бөлшектердің төменнен жоғары қарай қозғалуынан гөрі керісінше жоғарыдан төменге қарай ауысуы артық болатыны анық. Әрине, мұндай қозғалысты ауысулар берілген көлемдегі концентрация мәні теңелгенше жүре-ді, ал басқа қозғалыстар тоқтаусыз жалрасады.

Иондардың, молекулалардың немесе коллоидты бөлшектердің ретсіз жылулық козғалыс (коллоидты системалар үшш броундық қозғалыс) кезіндегі концентрацияны теңестіру бағытында өздігі-нен жүретін процесін диффузия деп атайды. Демек, диффузия өз-дігінен 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: 

(189)

мұндағы dm — диффузияланған зат массасы; dt — шексіз аз уа-қыт; S — берілген зат диффузияланған аудан; dCdх — концентра-ция градиенті немесе концентрация кемуі; dС — концентрация; dх — 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 сек-та диффузияланып өткен масса мөлшерін көрсетеді. Егер диффузия процесі кезінде диффузия коэффициенті өзгеретін болса, онда оған орай концентрация градиенті де өзгереді. Олай болса уақытқа байланысты концентрация өзгерісінің жылдамдығын, яғни dCdt туындысын анықтау керек. Ол Фиктің екінші заңын өрнектейтін теңдеумен анықталады:

(190).

Фиктін, екі заңын қолдану кезіндегі негізгі қиындық көп уақыт-қа дейін диффузия коэффициентінің мәнін табу болып келеді. Алайда бұл коэффициентті аныктау қиындығы Эйнштейн броун-дық қозғалысты зерттегенде оны (186) теңдеудегі орташа жылжу-мен байланыстырғалы жеңілденді. Эйнштейн сұйықка арналған Стокс заңын пайдаланып, диффузия коэффициентінің дисперсті ортаның тұтқырлығы мен бөлшек радиусына тәуелділігін аныкта-ды Қазір коллоидты ерітіндідегі бөлшектің өлшемін анықтаудағы диффузиялық әдіс бірден бір нақтылы нәтиже беруде.

Қоллоидты системадағы броундық қозғалыс пен диффузияны зерттеу дисперсті системаның табиғатын тереңірек түсінуге көмек-тесіп, осы система мен молекулалық дисперсті системалар арасын-дағы молекулалық-кинетикалық орта касиеттерін анықтады. Сөй-тіп, бұлар молекулалардың бар екенін оның материялығын ай-қындаумен 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 системадағы микрокө-лемнің орташа мәнінен оның параметрлерінің өздігінен ауыткуынайтады. Мысалы, Сведберг флуктуация құбылысын байкау кезін-де, алтын золіндегі 1000 ммк³-де орналасқан коллоидты бөлшекті (алтынды) санайды. Ондағы бөлшектің орташа саны өзгеріп отыр-ған. Диффузия да, флуктуация да жылулық қозғалыстың нәтиже-сінен болғанымен, олар біріне-бірі кері құбылыс екен. Егер диф-фузия термодинамиканың екінші заңына орай кез келген өздігінен жүретін процесс ретінде қайтымсыз болса, онда бұған кері жүретін флуктуация құбылысы термодинамика екінші заңының статисти-калық сипатын көрсетеді, яғни оны жекелеген бөлшектерге немесе олардың аз санына қолдануға болмайды.