1、精選優質文檔-傾情為你奉上7.2.2擴散系數 費克定律中的擴散系數代表單位濃度梯度下的擴散通量，它表達某個組分在介質中擴散的快慢，是物質的一種傳遞性質。一、 氣體中的擴散系數氣體中的擴散系數與系統、溫度和壓力有關，其量級為。通常對于二元氣體、B的相互擴散，在B中的擴散系數和B在A中的擴散系數相等，因此可略去下標而用同一符號表示，即。表給出了某些二元氣體在常壓下（）的擴散系數。對于二元氣體擴散系數的估算，通常用較簡單的由富勒（Fuller）等提出的公式： （）式中，、B二元氣體的擴散系數，；氣體的總壓，；氣體的溫度，；、組分、B的摩爾質量，；、組分、B分子擴散體積，。一般有機化合物可按

2、分子式由表查相應的原子擴散體積加和得到，某些簡單物質則在表種直接列出。表7 某些二元氣體在常壓下（）的擴散系數系統溫度/K擴散系數/(10-5m2/s)系統溫度/K擴散系數/(10-5m2/s)H2空氣2736.11甲醇空氣2731.32He空氣3177.56乙醇空氣2731.02O2空氣2731.78正丁醇空氣2730.703Cl2空氣2731.24苯空氣2980.962H2O空氣2732.20甲醇空氣2980.844 2982.56H2CO2736.51 3323.05H2CO22735.50NH3空氣2731.98H2N22736.89CO2空氣2731.38

3、0;2947.63 2981.64H2NH32987.83SO2空氣2931.22HeAr2987.29 表原子擴散體積和分子擴散體積原子擴散體積v/(cm3/mol)分子擴散體積v/( cm3/mol)原子擴散體積v/(cm3/mol)分子擴散體積v/( cm3/mol)C 15.9He 2.67S 22.9CO 18.0H 2.31Ne 5.98 CO2 26.9O 6.11Ar 16.2 N2O 35.9N 4.54Kr 24.5 NH3 20.7芳香族環 -18.3Xe 32.7 H2O 13.1雜環 -18.3H2 6.12

4、 SF6 71.3F 14.7D2 6.84 Cl2 38.4CL 21.0N2 18.5 Br2 69.0Br 21.9O2 16.3 SO2 41.8I 29.8空氣19.7  注：已列出分子擴散體積的，以后者為準。 式的相對誤差一般小于。二、 液體中的擴散系數由于液體中的分子要比氣體中的分子密集得多，因此也體的擴散系數要比氣體的小得多，其量級為。表給出了某些溶質在液體溶劑中的擴散系數。表 溶質在液體溶劑中的擴散系數（溶質濃度很低）溶質溶劑溫度K擴散系數/(10-9m2/s)溶質溶劑溫度K擴散系數/(10-9m2/s)N

5、H3水2851.64乙酸水2981.26  2881.77丙酸水2981.01O2水2911.98HCl(9kmol/m3)水2833.30  2982.41(2.5kmol/m3) 2832.50CO2水2982.00苯甲酸水2981.21H2水2984.80丙酮水2981.28甲醇水2881.26乙酸苯2982.09乙醇水2830.84尿素乙醇2850.54  2981.24水乙醇2981.13正丙醇水2880.87KCl水2981.87甲酸水2981.52KCl1,2乙二醇2980.119乙酸水2830.769

6、0;    對于很稀的非電解質溶液（溶質溶劑），其擴散系數常用Wilke-Chang公式估算： （）式中，溶質在溶劑中的擴散系數（也稱無限稀釋擴散系數），； 溶液的溫度，；溶劑的粘度，；溶劑的摩爾質量，；溶劑的締合參數，具體值為：水2.6；甲醇1.9；乙醇1.5；苯、乙醚等不締合的溶劑為1.0；溶質A在正常沸點下的分子體積，由正常沸點下的液體密度來計算。若缺乏此密度數據，則可采用Tyn-Calus方法估算：，其中為物質的臨界體積（屬于基本物性），單位為，見表7。表常見物質的臨界體積VC 物 質 VC /(cm3/mol) 物 質 VC /(cm

7、3/mol) 物 質 VC/(cm3/mol)甲烷 CH4 99.2 氯仿 CHC13 238.9氨 NH3 72.5乙烷 C2H6 148.3 甲醇 CH40 118氮氣 N2 89.8丙烷 C3H8 203 乙醇 C2H60 167.1一氧化氮 NO 57.7正丁烷 C4H10 255正丙醇 C3H80 219二氧化氮 NO2 167.8 正己烷 C6H14 370異丙醇 C3H80 220氧化二氮 N2O 97.4乙烯 C2H4 130.4丙酮 C3H60 209二氧化硫 S02 122.2丙烯 C3H6 181甲乙酮 C4H8O 267三氧化硫 SO3 127.3氯乙烯C2H3C1 1

8、69乙酸 C2H4O 171氯化氫 HC1 80.9乙炔 C2H2 112.7乙酸乙酯C4H80 286氫氣 H2 65.1笨 C6H6 259氯 C14 123.8硫化氫 H2S 98.6甲苯 C7H8 316溴 Br2 127.2一氧化碳 CO 93.2氯苯 C6H5C1 308碘 I2 155二氧化碳 CO2 93.9環己烷 C6H12 308氧氣 02 73.4二硫化碳 CS2 160四氯化碳 CCl4 275.9臭氧 03 88.9 水 H2O 57.1從（）可見，溶質在溶劑中的擴散系數與溶質在溶質中的擴散系數不相等，這一點與氣體擴散系數的特性明顯不同，需引起注意。對給定的系統，可由

9、溫度下的擴散系數推算下的（要求和相差不大），如下： （）三、 生物物質的擴散系數表給出了一些生物溶質在水溶液中的擴散系數。表75 生物溶質在水溶液中的擴散系數 溶 質溫度/0C 擴散系數（m2/s） 摩爾質量/(kg/kmol)尿素20 120×10-9 60.1 25 1.348×10-9 甘油20 0.825×10-9 92.1 甘氨酸25 1.055×10-9 75.1 辛酸鈉25 8.75×10-10 166.2 牛血清清蛋白25 6.81×10-11 67500尿素酶25 4.01×10-11  20 3

10、.46×10-11 大豆蛋白20 2.91×10-11 脂（肪）氧合酶20 5.29×10-11 97400人血纖維蛋白原 20 1.98×10-11 人血清清蛋白20 5.93×10-11 72300-球蛋白（人）20 4.00×10-11 肌酸酐37 1.08×10-9 113.1蔗糖37 0.697×10-9 342.3 20 0.460×10-9 對于水溶液中生物溶質擴散系數的估算，當溶質相對于分子質量小于1000或其分子體積小于500時，可用式（）；否則，宜用式（）（Pols

11、on方法）， （）其中，镕基的粘度，；生物溶質的摩爾質量。四、 四、固體中的擴散系數表給出了某些物質在固體中的擴散系數。對于氣體在固體中的擴散，一般是用滲透率（permeability）來代替擴散系數D，兩者間的關系為 （）其中，為氣體溶質在固相中的溶解度，單位為溶質（標準狀態）（固體.atm）。表76 固體中的擴散系數和滲透率溶質A 固體B T/K DAB/(m2/s)溶解度S* 滲透率Pm*H2 硫化橡膠 298 0.85×10-9 0.040 0.32×10-10O2 298 0.21×10-9 0.070 0.152×10-10N2 298 0.15×10-9 0.035 0.054×10-10CO2硫化氯丁橡膠 290 0.11×10-9 0.90 1.01×10-10   300 0.180×10-9 0.051 H2聚乙烯 298   6.53×10-12O2  303   4.17×10-12N2  303   1.52×10-12O2尼龍 303  0.029×10-12N2  303