Дифузією називається переміщення молекул
речовини у нерухомому середовищі під дією
градієнта концентрацій.
Розрізняють дифузію лінійну та просторову, нескінченну та обмежену, стаціонарну та нестаціонарну. Лінійна дифузія відбувається в одному напрямку, просторова - у різних напрямках. Дифузія називається нескінченною , якщо фронт дифузії у процесі гетерогенної реакції не встигає досягнути границі системи; дифузія є обмеженою, якщо фронт досягає границі системи. Під фронтом дифузії розуміють границю всередині розчину, де ще не помітні зміни концентрації, які спричинені процесом дифузії. При стаціонарній дифузії концентрація речовини в будь-якій заданій точці простору не змінюється з часом; при нестаціонарній - змінюється.
Швидкістю дифузії dn/dt називають кількість речовини n, яка проходить крізь даний поперечний перетин в одиницю часу.
Кількісні закономірності дифузії описуються двома рівняннями Фіка. Відповідно до першого рівняння Фіка швидкість дифузії пропорційна площині S поперечного перетину та градієнту концентрацій dc/dx:
, (12.1)
де D - коефіцієнт дифузії, м2/с. Коефіцієнт дифузії є швидкістю дифузії крізь перетин 1 м2 при градієнті концентрацій 1моль/м3. Знак “мінус” у лівій частині з’являється тому, що дифузія відбувається у бік зменшення концентрації, тобто проти напрямку градієнта.
Друге рівняння Фіка можна вивести, якщо розглядати два поперечних перерізи 1 м2 на відстані dx один від одного. Воно описує зміну концентрації речовини в елементі об’єму між цими перерізами (1×dx м3) за одиницю часу та для лінійної дифузії має вигляд
. (12.2)
Для просторової дифузії друге рівняння Фіка перетворюється у
. (12.3)
Залежність швидкості дифузії від температури задається рівнянням
D = D0 × exp (-ED/RT), (12.4)
aбо
lnD = lnD0 - ED/RT, (12.5)
де D0 - передекспоненціальний множник, а ЕD - енергія активації дифузії. Слід звернути увагу на подібність наведених рівнянь з рівнянням Арреніуса (див. лекцію № 9).
