Diffuziya

Diffuziya - bir maddənin atom və molekullarının öz-özünə digər maddənin atom və molekullarına qarışması hadisəsinə deyilir. Ətir şüşəsinin qapağını açdıqda onun molekullarının öz-özünə hava molekullarına qarışması nəticəsində ətirin iyi bütün otağa yayılır.Maddələrdə baş verən bəzi fiziki hadisələr molekullararası boşluqların olması və molekulların hərəkəti ilə izah edilir. Həmin hadisələrdən biri

diffuziya hadisəsidir.

Diffuziya — (lat. diffusio - yayılma) Təmasda olan maddə hissəciklərinin bir-birinə nüfuz etməsi, qarışması deməkdir. Diffuziya maddənin konsentrasiyasının azalan istiqamətində baş verir və tutduğu həcmdə onun bərabər paylanmasına (kimyəvi potensialın bərabərləşməsinə) gətirib çıxarır. Diffuziya qazlarda, mayelərdə və bərk cisimlərdə baş verir. Maddənin aqreqat halına görə diffuziyanın sürəti azalır. Qaz və ya mayedə iri hissəciklərin (Məsələn, tüstü və ya suspenziya hissəciklərinin) diffuziyası onların Broun hərəkəti sayəsində baş verir.

Broun hərəkəti

Mayelərdə (və ya qazlarda) asılı halda olan kiçik ”yad” hissəciklərin nizamlı hərəkətidir. İlk dəfə bu hadisəni ingilis botaniki R.Broun 1827-ci ildə müşahidə etmişdir. Broun hissəciyinin yerdəyişməsinin kvadratının orta qiyməti mütləq temperatur və zamanla düz mütənasib olub broun hissəciyinin ölçüsündən və məhlulun özülülüyündən asılıdır. Broun hərəkəti də maddələrin atom və molekullardan təşkil olunduğunu təsdiq edən hadisələrdəndir.

Mayelərdə diffuziya

Ən sürətli diffuziya qazlarda, bir qədər yavaş mayelərdə, daha yavaş isə bərk cisimlərdə baş verir ki, bu da həmin mühitlərdə hissəciklərin istilik hərəkətinin xarakteri ilə əlaqəlidir. Qazın hər bir hissəciyinin hərəkət trayektoriyası sınıq xətdir, çünki toqquşmalar nəticəsində istilik istiqamətini və hərəkət sürətini dəyişir. Ona görə də diffuzion nüfuzetmə sərbəst hərəkətdən çox yavaşdır. Hissəciyin yerdəyişməsi zamanına görə təsadüfi dəyişir, lanin onun orta qiymətinin kvadratı toqquşmaların sayının çoxluğuna görə zamanla t münatənasib artır.

Mayelərdə molekulların istilik hərəkətinin xarakterinə uyğun olaraq diffuziya molekulların bir dayanıqlı haldan digərinə sıçrayışı ilə həyata keçir. Hər bir sıçrayışda molekula qonşu molekullarla əlaqəni qırmaq və digər molekulların əhatəsini keçmək (yəni əlverişli vəziyyətə) üçün enerji verilməsi ilə baş verir. Belə tullanma (sıçrayış) zamanı orta yerdəyişmə molekullararası məsafədən artıq olmur. Hissəciyin mayedə diffuziya hərəkətinə sürtünmə hərəkəti kimi baxmaq olar, ona Enşteyinin ikinci münasibəti tətbiq oluna bilər: D~ukT . Burada u-sürtünməli stasionar hərəkət zamanı diffuziya edən hissəciklərin yürüklüyü, yəni hissəciyin c sürəti və hərəkətverici F qüvvəsi arasında müntənasiblik əmsalıdır.

Bərk cisimlərdə diffuziyanın mexanizmi

Bərk cisimlərdə diffuziyanın bir neçə mexanizmi fəaliyyət göstərə bilər: vakansiyalı (kristallik qəfəsin tutulmayan düyünləri) atomların yerdəyişmə mübadiləsi düyünlərararası atomların yerdəyişməsi, bir neçə atomun eyni vaxtda istilik yerdəyişməsi, iki qonşu atomun düz mübadilə ilə yerdəyişməsi və s. Birinci mexanizmi əvəzolma, ikinci isə nüfuzetmə -bərk məhlulların yaranması zamanı üstünlük təşkil edir.

Bərk cisimlərdə diffuziya əmsalı kristal qəfəsində qızma, gərginlik deformasiya və digər təsirlər zamanı meydana çıxan deffektlərə olduqca həssasdır. Deffektlərin sayının artması ( əsas etibarı ilə vakansiyaların) bərk cisimlərdə atomların yerdəyişməsini asanlaşdırır və diffuziyanın artmasına gətirib çıxarır. Bərk cisimlərdə diffuziyanın temperaturdan kəskin asılılığı (eksponensial) xarakterdir. Bərk cisimlərdə diffuziya əmsalı kristal qəfəsində qızma, gərginlik, deformasiya və digər təsirlər zamanı meydana çıxan defektlərə olduqca həssasdır.

Diffuziya nələrdən asılıdır

Diffuziyanı izah edən əsas xüsusiyyəti maddə hissəciklərini bir-birilərinə qarışmasıdır. Maddənin aqreqat hallarında hissəciklərinin xüsusiyyətləri fərqli olduğundan diffuziya da fərqli mexanizmlə gedir. Belə ki, diffuziyada hissəciklərin sürəti və sıxlığı böyük rol oynayır.

Hissəciklərin sürəti

Qaz molekurları diffuziya prosesində

Molekulların daxilindəki hissəciklərin sürəti nə qədər böyük olarsa, diffuziya da o qədər sürətlə gedər. Maddə hissəciklərinin sürətinin onların daxili enerjilərindən-yəni maddənin temperaturundan asılı olduğunu nəzərə alsaq onda: Diffuziya prosesi maddənin temperaturundan asılıdır.

Maddənin daxili enerjisi- temperaturu nə qədər yüksək olarsa, diffuziya prosesi də bir o qədər sürətlə gedər.

Maddənin sıxlığı

Maddə molekullarının bir-birinə qarışması üçün onlar arasında ara məsafələri böyük olmalıdır. Bu isə həmin maddənin sıxlığının aşağı olması deməkdir. Deməli:

Maddənin sıxlığı nə qədər az olarsa diffuziya prosesi bir o qədər sürətlə gedər.

Maddənin aqreqat hallarında sıxlıqlar fərqli olduğunda diffuziyanın sürəti də müxtəlifdir. Sıxlığı az olan qazlarda diffuziya sürətlə gedir. Mayelərdə bu sürət azalır. Bərk halda olan maddələr isə diffuziyada demək olar ki, iştirak etmir. Bərk halda, sıxlığı az olan iki maddənin normal şəraitdə diffuziyaya girməsi üçün illər tələb olunur. Bərk halda maddələrin diffuziyaya girməsi üçün yüksək təyziq və temperatur tələb olunur.

Diffuziyanın əhəmiyyəti

Diffuziya kimyəvi kinetikada və texnologiyada mühümdür. Katalizatorun və ya reaksiyaya girən (məs: kömürün yanması) maddələrdən birinin səthində kimyəvi reaksiyanın gedişi zamanı diffuziya digər reaksiyaya girən maddələrin reaksiyaya gətirilmə və məhsulun çıxarılma sürətini müəyyən edə bilər, yəni müəyyənedici (limitləyici) proses ola bilər. Buxarlanma və kondensasiya prosesləri, kristalların əriməsi və kristallaşması üçün diffuziya adətən əsasdır. Qazların məsaməli arakəsmələrindən və ya buxar axınına diffuziyası izotopların seçilməsi (ayrılması) üçün istifadə olunur. Maye məhsullarda həlledicinin molekullarının yarı nüfuzedici arakəsmələrindən (membranlardan) diffuziyası osmotik təyziqin yaranmasına gətirib çıxarır ki, bu da maddələrin ayrılması (parçalanması) üçün istifadə olunur. Diffuziya müxtəlif texnoloji və biololji proseslərin əsasında durur.

Mənbə

• С.де Грот, П.Мазур, "Неравновесная термодинамика",ingilis dilindən tərcümə, М.1964,гл.11;
• Р. Хазе, "Термодинамика необратимых процессов", alman dilindən tərcümə, М.1967, гл.4
• С.Чепмен, Т.Кауленг, "Математическая теория неоднородных газов",ingilis dilindən tərcümə, М.1960,гл.10,14;
• Д ж. Ферцигер, Г.Капер, "Математическая теория процессов переноса в газах", ingilis dilindən tərcümə, М.1976;
• А. А.Смирнов, "Молекулярно- Кинетическая теория металлов", М.1966, гл.8;
• Е.М. Лифшиц, Л.П.Питаевский, "Физическая кинетика", М.1979, § 11,12;