ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузия в газах из "Методы физико-химической кинетики" Наиболее детально теоретически могут быть описаны процессы диффузии в газах. Диффузия является следствием теплового движения молекул, которые при соударениях изменяют свои скорости. Простейшие слзп1аи диффузии — диффузия одного газа, находящегося в очень малой концентрации в другом газе, или взаимная диффузия практически одинаковых молекул, различающихся лишь своим изотопным составом, могут быть рассмотрены с помощью методов элементарной кинетической теории газов. Однако трактовка взаимной диффузии различных газов, находящихся в соизмеримых концентрациях, в рамках элементарной кинетической теории газов имеет принципиальные трудности и приводит поэтому к ряду противоречий. Вполне последовательная теория взаимной диффузии различных газов может быт развита лишь на основе уравнения Больцмана (см. Приложение Б), позволяющего вычислить функцию распределения молекул газа при диффузии по координатам и скоростям. С самым простым частным случаем уравнения Больцмана мы уже познакомились в 4 предыдущей главы. [c.37] Из уравнений (П.З) и (11.4) видно, что коэффициент диффузии обратно пропорционален плотности газа и прямо пропорционален средней скорости, т. е. квадратному корню из абсолютной температуры. [c.38] Заметим далее, что сходным методом элементарная кинетическая теория газов позволяет также вычислить вязкость и теплопроводность газов. Применение даже самых грубых моделей кинетической теории газов, подобных рассмотренным в этом параграфе, обычно приводит к качественно правильным результатам и дает не вполне точный лишь числовой множитель. [c.38] Исследование взаимной диффузии различных газов, концентрации которых соизмеримы, методами элементарной кинетической теории газов приводит, однако, к трудностям. Последние вызваны тем, что элементарная теория не может правильно описать искажение равновесного распределения молекул по скоростям при взаимной диффузии различных газов. [c.38] Если бы мы применили указанный выше способ рассмотрения процессов самодиффузии и диффузии самой примеси к взаимной диффузии двух различных газов, паходяш,ихся в соизмеримых количествах, то при постоянном давлении смеси получили бы различные потоки диффузии и соответственно коэффициенты диффузии для каждого из газов. Такая ситуация привела бы к нарушению постоянства давления в смеси [1, 2], что противоречит опыту. Правильная теория должна давать одно и то же значение коэффициента взаимной диффузии для обоих диффундирующих газов. Однако коэффициент взаимной диффузии может зависеть от состава газовой смеси, т. е. зависеть от координаты. При элементарном рассмотрении взаимной диффузии Майер (1877) [3] предположил, что постоянство давления поддерживается течением газа как целого. Учет этого течения приводит к тому, что коэффициенты диффузии обоих газов одинаковы, но зависят от состава смеси, и поэтому изменяются от места к месту. Стефан (1872) [4] вывел формулу для коэффициента взаимной диффузии, предполагая, что оба диффундирующих газа движутся навстречу друг другу и действуют друг на друга с силой, пропорциональной произведению плотностей и относительной скорости. При этом оказалось, что коэффициент взаимной диффузии не зависит от отношения, в котором смешаны газы. Однако Стефан предполагал, что у диффундирующих газов — равновесное распределение скоростей это вносит некоторую погрешность. [c.38] В монографии [5] при рассмотрении процесса взаимной диффузии двух газов принимается, что потоки газов через некоторую поверхность определяются их концентрациями на расстоянии для газа I и — для газа И, где Х1 и х 2 —деловые множители порядка единицы. Коэффициент взаимной диффузии будет тогда вырая аться формулой (П.З) с добавочным множителем, зависящим от свойств газа и состава смеси, который не может быть вычислен методами элементарной кинетической теории. [c.38] Решение уравнения Больцмана в общем виде было выполнено лишь в начале XX века в работах Чепмена, Гильберта, Энскога и др. Очень краткий, но содержательный обзор по этому вопросу дан в работе [5]. [c.39] Вернуться к основной статье