Le coefficient de diffusion ou diffusivité exprime la vitesse ou la vitesse à laquelle un matériau peut se diffuser dans un autre. Dans cet article, nous discuterons du sujet "le coefficient de diffusion est-il constant?".
Au début de cet article, nous devrions bien connaître la diffusion et le coefficient de diffusion. Donc, ici, nous allons d'abord discuter de leurs définitions, puis discuter des facteurs connexes pour savoir si un coefficient de diffusion reste constant ou non.
Qu'est-ce que la diffusion ?
La diffusion est le processus par lequel les atomes, les molécules ou les particules se combinent en raison de leur mouvement aléatoire ou de l'énergie cinétique qui leur est associée.
La diffusion est le processus par lequel une matière est transportée d'une partie d'un système à une autre en raison du mouvement moléculaire aléatoire. En d'autres termes, la diffusion est le résultat de la propagation d'atomes ou de molécules dans un système d'une concentration plus élevée à une région de concentration plus faible.
Dissoudre du sel dans l'eau, s'échapper de l'air d'un ballon, répandre de l'encre dans un verre d'eau sont autant d'exemples de diffusion rencontrés dans notre vie quotidienne.
Dans la figure ci-dessus, nous pouvons voir un exemple de diffusion où l'encre bleue est diffusée dans l'eau donnant une couleur bleue à l'ensemble du mélange.
Si on vaporise un parfum dans une pièce, une fragrance se répand dans toute la pièce est aussi un exemple de diffusion.
Cémentation le processus est l'exemple de Diffusion dans les solides où la diffusion des molécules de carbone a lieu à travers la surface de l'acier pour rendre la surface résistante.
Comme le phénomène de diffusion se produit entre deux régions de concentration différente, il se produit également à travers deux membranes, entre l'extérieur et l'intérieur des cellules
Qu'est-ce que le coefficient de diffusion ?
Y compris la première et la deuxième loi de Fick La constante de diffusion est un paramètre important dans de nombreuses équations de physique et de chimie
Coefficient de diffusion représente la mobilité de diffusion, plus le coefficient de diffusivité ou de diffusion d'une substance est élevé par rapport à l'autre dans une paire d'espèces, plus ils se mélangent rapidement.
Le coefficient de diffusion est le paramètre qui mesure la vitesse à laquelle une matière se diffuse dans l'autre. L'unité SI de diffusivité est m2/ S.
Nous pouvons obtenir l'expression mathématique du coefficient de diffusion à partir des lois de Fick.
Les lois de Fick
La diffusivité ou constante de diffusion (D) est la constante de proportionnalité rencontrée dans la loi de Fick. L'explication la plus simple de la diffusion est donnée par les lois de Fick.
Selon la première loi de diffusion de Fick, le flux molaire dû à la diffusion est proportionnel au gradient de concentration où le flux molaire fait référence à la quantité de substance qui s'écoule à travers une unité de surface dans un intervalle de temps unitaire et le gradient de concentration est le changement de la valeur de la quantité .
La première loi de Fick peut être utilisée pour dériver sa deuxième loi qui à son tour est identique à l'équation de diffusion.
Un processus de diffusion qui obéit aux lois de Fick est appelé diffusion normale ou fickienne ; sinon, c'est dit anormal la diffusion ou diffusion non fickienne.
Selon la deuxième loi de diffusion de Fick, le taux de variation de la concentration de la solution en un point de l'espace est proportionnel à la dérivée seconde de la concentration avec l'espace.
De la première loi de Fick, nous savons que les molécules se déplacent d'une région de concentration plus élevée à une concentration plus faible, ce qui signifie qu'il relie directement le flux diffusif au gradient de concentration.
Où J : flux de diffusion
D : diffusivité
x : emplacement
De la deuxième loi de Fick, nous pouvons prédire le changement de concentration avec le temps.
Où, D : diffusivité
t : temps
x : emplacement
Facteurs affectant le coefficient de diffusion
Le processus de diffusion est influencé par divers facteurs. Les modifications de ces facteurs entraînent des modifications du taux de diffusion.
Les facteurs affectant le coefficient de diffusion sont énumérés ci-dessous :
- Taille moléculaire de la matière diffusante : Les particules plus lourdes se déplacent lentement par rapport aux particules plus légères. Étant donné que le processus de diffusion est entièrement associé au mouvement des molécules, la taille moléculaire affecte le taux de diffusion. Par conséquent, les molécules plus lourdes diffusent plus lentement que les molécules plus légères.
- Température: Une molécule se déplaçant plus rapidement possède une énergie cinétique plus élevée, dès que la température est ajoutée à un système, les molécules à l'intérieur du mélange se déplacent plus rapidement en raison de l'énergie cinétique plus élevée subie par chaque molécule. Les molécules avec une énergie cinétique plus élevée peuvent diffuser plus rapidement.
- Pression: Généralement, la pression est considérée comme un paramètre influent en cas de diffusion dans les gaz, une augmentation de la pression entraîne une vitesse de diffusion plus élevée. Parce que lorsque la pression augmente, les molécules de gaz se rapprochent les unes des autres et doivent se déplacer sur une distance plus courte pour devenir diffuses.
- Mais comme les liquides sont de nature incompressible, l'effet de la pression en cas de liquide est négligeable
- Surface: Pour une grande surface d'interaction, il en résulte une vitesse de diffusion plus rapide.
- Viscosité du solvant: Si la viscosité du milieu à travers lequel les particules doivent se déplacer ou diffuser est trop épaisse ou très visqueuse, alors la vitesse de diffusion ralentit automatiquement. Dans le cas d'un milieu moins visqueux, les particules se déplacent plus facilement.
- Propriétés de la solution (concentration, pH, etc.): La diffusion est le processus par lequel une matière est transportée d'une partie d'un système à une autre en raison du mouvement moléculaire aléatoire. Pour une plus grande différence entre la concentration de deux régions, plus rapide sera le mouvement des molécules. Dès que la distribution des molécules atteint la condition d'équilibre, la vitesse de diffusion devient plus lente.
Tous les facteurs donnent un effet combiné sur le coefficient de diffusion.
Le coefficient de diffusion est-il constant ?
Non, le coefficient de diffusion n'est pas constant.
La diffusion se produit en raison du mouvement aléatoire des molécules dans un mélange et le taux global de diffusion est influencé par de nombreux facteurs. Coefficient de diffusion ou La diffusivité dépend de divers facteurs tels que la taille des molécules, la pression, la température, la viscosité, la surface, etc. Par conséquent, le coefficient de diffusion ne reste pas constant.
Généralement, tous ces facteurs donnent un effet combiné sur la diffusivité.
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