质量扩散率
质量扩散率或擴散係數是因分子擴散而產生的分子通量和分子濃度梯度之間的比例。在菲克定律及許多物理化學的方程中都有提及质量扩散率。
质量扩散率一般都是用在多成份的系統中,會列出二個成份,而且成對比較。此成份的擴散係數越高,它越容易擴散到其他成份中。一般而言,一般化合物對空氣的质量扩散率約為對水的质量扩散率的10000倍,二氧化碳對空氣的质量扩散率為16 mm2/s,對水的擴散率則為0.0016 mm2/s[1][2]。
质量扩散率和溫度的關係
质量扩散率和壓力的關係
針對二種不同壓力(但相同溫度)氣體的自動擴散,以下的經驗方程可描述其质量扩散率[3]:
其中
- P1及P2是指壓力1及壓力2
- D為质量扩散率(m2/s)
- ρ為氣體密度(kg/m3)
多孔介質中的等效质量扩散率
等效质量扩散率是指在多孔介質中的质量扩散率[6]。它在本質上是巨觀的,因為和個別孔隙無關,需考慮整個多孔系統。等效质量扩散率De可以用以下方式表示:
其中
通透孔隙率會比一般的孔隙率要小,因為尺寸太小的孔隙無法讓物質穿透,而且未通到後面的盲孔隙也不能考慮。阻塞率是描述因為孔隙小,通過時粘滯係數變大而造成的擴散變慢,是孔徑直徑及穿過粒子大小的函數。
一些质量扩散率的例子
氣體為一大氣壓,液體中的液質假設是濃度無限小。狀態:(s) – 固體; (l) – 液體; (g) – 氣體; (dis) – 已溶解。
成份對(溶質-溶劑) | 溫度(°C) | 质量扩散率D(cm2/s) | 參考資料 |
---|---|---|---|
水 (g) - 空氣 (g) | 25 | 0.282 | [3] |
氧 (g) - 空氣 (g) | 25 | 0.176 | [3] |
成份對(溶質-溶劑) | 溫度(°C) | 质量扩散率D(cm2/s) | 參考資料 |
---|---|---|---|
丙酮 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.16x10−5 | [3] |
空氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 2.00x10−5 | [3] |
氨氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.64x10−5 | [3] |
氬氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 2.00x10−5 | [3] |
苯 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.02x10−5 | [3] |
溴 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.18x10−5 | [3] |
一氧化碳 (dis) - 水 (l) | 25 | 2.03x10−5 | [3] |
二氧化碳 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.92x10−5 | [3] |
氯氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.25x10−5 | [3] |
乙烷 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.20x10−5 | [3] |
乙醇 (dis) - 水 (l) | 25 | 0.84x10−5 | [3] |
乙烯 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.87x10−5 | [3] |
氦氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 6.28x10−5 | [3] |
氫氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 4.50x10−5 | [3] |
硫化氫 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.41x10−5 | [3] |
甲烷 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.49x10−5 | [3] |
甲醇 (dis) - 水 (l) | 25 | 0.84x10−5 | [3] |
氮氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 1.88x10−5 | [3] |
一氧化氮 (dis) - 水 (l) | 25 | 2.60x10−5 | [3] |
氧氣 (dis) - 水 (l) | 25 | 2.10x10−5 | [3] |
丙烷 (dis) - 水 (l) | 25 | 0.97x10−5 | [3] |
水 (l) - 丙酮 (l) | 25 | 4.56x10−5 | [3] |
水 (l) - 乙醇 (l) | 25 | 1.24x10−5 | [3] |
水 (l) - 乙酸乙酯 (l) | 25 | 3.20x10−5 | [3] |
成份對(溶質-溶劑) | 溫度(°C) | 质量扩散率D(cm2/s) | 參考資料 |
---|---|---|---|
氫氣 - 鐵 (s) | 10 | 1.66x10−9 | [3] |
氫氣 - 鐵 (s) | 100 | 124x10−9 | [3] |
鋁 - 銅 (s) | 20 | 1.3x10−30 | [3] |
相關條目
- 原子擴散
- 等效擴散係數
- 晶格擴散係數
- 克努曾扩散
參考資料
- . [2015-07-31]. (原始内容存档于2011-07-16).
- Diffusion
- Cussler, E. L. 2nd. New York: Cambridge University Press. 1997. ISBN 0-521-45078-0.
- Hirschfelder, J.; Curtiss, C. F.; Bird, R. B. . New York: Wiley. 1954. ISBN 0-471-40065-3.
- Welty, James R.; Wicks, Charles E.; Wilson, Robert E.; Rorrer, Gregory. . Wiley. 2001. ISBN 978-0-470-12868-8.
- Grathwohl, P. . Kluwer Academic. 1998. ISBN 0-7923-8102-5.
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