입자 운동으로 인해 확산이 발생합니다. 가스 분자와 같이 무작위로 움직이는 입자는 브라운 운동에 따라 주어진 영역에서 고르게 분산 될 때까지 서로 충돌합니다. 확산은 평형에 도달 할 때까지 고농도 영역에서 저농도 영역으로의 분자 흐름입니다. 간단히 말해서, 확산은 특정 공간 또는 두 번째 물질 전체에 분산되는 기체, 액체 또는 고체를 말합니다. 확산의 예로는 방 전체에 퍼지는 향수 향이나 물 한 컵 전체에 퍼지는 녹색 식용 색소 한 방울이 있습니다. 확산 속도를 계산하는 방법에는 여러 가지가 있습니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
"비율"이라는 용어는 시간에 따른 수량 변화를 나타냅니다.
그레이엄의 확산 법칙
19 세기 초 스코틀랜드의 화학자 토마스 그레이엄 (1805-1869)은 현재 그의 이름을 지닌 양적 관계를 발견했습니다. 그레이엄의 법칙에 따르면 두 기체 물질의 확산 속도는 몰 질량의 제곱근에 반비례합니다. 이 관계는 동일한 온도에서 발견 된 모든 기체가 기체의 운동 이론에서 이해되는 것과 동일한 평균 운동 에너지를 나타 내기 때문에 도달했습니다. 즉, Graham의 법칙은 동일한 온도에있을 때 동일한 평균 운동 에너지를 갖는 기체 분자의 직접적인 결과입니다. Graham의 법칙에서 확산은 기체 혼합을 나타내며 확산 속도는 그 혼합 속도입니다. Graham 's Law of Diffusion은 Graham 's Law of Effusion이라고도합니다. 삼출은 확산의 특별한 경우이기 때문입니다. 삼출은 기체 분자가 작은 구멍을 통해 진공, 진공 공간 또는 챔버로 빠져 나가는 현상입니다. 삼출 속도는 가스가 진공, 비워진 공간 또는 챔버로 전달되는 속도를 측정합니다. 따라서 단어 문제에서 확산 속도 또는 유출 속도를 계산하는 한 가지 방법은 다음을 기반으로 계산하는 것입니다. 가스의 몰 질량과 확산 또는 삼출 사이의 관계를 나타내는 그레이엄의 법칙 요금.
Fick의 확산 법칙
19 세기 중반, 독일 태생의 의사이자 생리학자인 Adolf Fick (1829-1901)은 유체 막을 가로 질러 확산되는 가스의 행동을 규율하는 일련의 법칙을 제정했습니다. Fick의 확산 제 1 법칙에 따르면 특정 기간 내에 특정 영역에서 입자의 순 이동 또는 플럭스는 그라데이션의 가파른 정도에 정비례합니다. Fick의 제 1 법칙은 다음과 같이 작성할 수 있습니다.
플럭스 = -D (dC ÷ dx)
여기서 (D)는 확산 계수를 나타내고 (dC / dx)는 기울기 (미적분의 미분)입니다. 따라서 Fick의 제 1 법칙은 기본적으로 Brownian 운동에서 발생하는 임의의 입자 이동으로 인해 고농도 영역에서 저농도까지 입자 – 그리고 드리프트 속도 또는 확산 속도는 밀도의 기울기이지만 그 기울기와 반대 방향입니다 (확산 앞의 음의 부호를 설명합니다. 일정한). Fick의 퍼스트 제 1 법칙은 플럭스의 양을 설명하지만 실제로는 Fick의 제 2 법칙입니다. 확산 속도를 추가로 설명하는 확산이며 편미분의 형태를 취합니다. 방정식. Fick의 제 2 법칙은 다음 공식으로 설명됩니다.
T = (1 ÷ [2D]) x2
이는 확산 시간이 거리 x의 제곱에 따라 증가한다는 것을 의미합니다. 기본적으로 Fick의 1 차 및 2 차 확산 법칙은 농도 기울기가 확산 속도에 미치는 영향에 대한 정보를 제공합니다. 흥미롭게도 University of Washington은 기억을 돕기 위해 니모닉으로 ditty를 고안했습니다. Fick의 방정식이 확산 속도 계산에 어떻게 도움이되는지: "Fick은 분자가 얼마나 빨리 퍼지다. 델타 P 곱하기 A 곱하기 k 나누기 D는 사용하는 법칙입니다…. 압력 차, 표면적 및 상수 k가 함께 곱해집니다. 정확한 확산 속도를 결정하기 위해 확산 장벽으로 나뉩니다. "
확산 속도에 대한 기타 흥미로운 사실
고체, 액체 또는 기체에서 확산이 발생할 수 있습니다. 물론 확산은 기체에서 가장 빠르고 고체에서 가장 느립니다. 마찬가지로 확산 속도는 여러 요인에 의해 영향을받을 수 있습니다. 예를 들어, 온도가 상승하면 확산 속도가 빨라집니다. 마찬가지로, 확산되는 입자와 확산되는 물질은 확산 속도에 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 극성 분자는 물과 같은 극성 매체에서 더 빨리 확산되는 반면 비극성 분자는 혼합되지 않아 물에서 확산되기 어렵습니다. 재료의 밀도는 확산 속도에 영향을 미치는 또 다른 요소입니다. 당연히 무거운 가스는 가벼운 가스에 비해 훨씬 느리게 확산됩니다. 더욱이, 상호 작용 영역의 크기는 확산 속도에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 가정 요리의 향이 더 넓은 영역에서보다 작은 영역을 통해 더 빠르게 분산되는 것으로 입증됩니다.
또한 농도 구배에 대해 확산이 발생하면 확산을 촉진하는 어떤 형태의 에너지가 있어야합니다. 물, 이산화탄소 및 산소가 수동 확산 (또는 물의 경우 삼투)에 의해 세포막을 쉽게 통과 할 수있는 방법을 고려하십시오. 그러나 큰 비 지질 용해성 분자가 세포막을 통과해야한다면 능동 수송이 필요합니다. 아데노신 삼인산 (ATP)의 고 에너지 분자가 세포막을 통한 확산을 촉진하기 위해 개입합니다.
