ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Диффузия в истинных растворах и в коллоидных системах из "Курс коллоидной химии" Диффузией называют самопроизвольно протекающий в системе процесс выравнивания концентрации молекул, ионов или коллоидных частиц под влиянием их теплового хаотического движения. Таким образом, диффузия является макроскопическим проявлением теплового движения молекул и поэтому всегда идет тем быстрее, чем выше температура. Явление диффузии необратимо, она протекает до полного выравнивания концентраций, так как хаотическому распределению частиц отвечает максимальная энтропия системы. [c.58] Знак минус перед правой частью равенства поставлен потому, что производная dddx имеет отрицательное значение, так как с увеличением значений х величина с уменьшается. [c.59] Коэффициент В для сферических частиц равен по Стоксу 6ят1Г (где т)— динамическая вязкость среды и г —радиус частицы). [c.60] Как можно видеть, коэффициент диффузии прямо пропорционален абсолютной температуре и обратно пропорционален вязкости среды и радиусу частиц. Поскольку размеры коллоидных частиц очень велики по сравнению с размерами обычных молекул, коэффициент диффузии в коллоидных системах мал. [c.61] Поэтому Грэм пришел в свое время к неправильному заключению, что диффузия в коллоидных системах отсутствует. [c.61] Таким образом, измеряя коэффициент диффузии, можно определить молекулярный вес вещества (численно равный массе 1 моля вещества). [c.62] Перрен и Герцог на основании определения коэффициента диффузии в водных растворах вычислили молекулярные веса некоторых углеводов, допустив, что молекулы их имеют сферическую форму и они настолько малы, что воду можно рассматривать как непрерывную среду н что увеличения радиуса мо- лекул, а следовательно, и коэффициента В вследствие сольватации растворенного вещества не происходит. Полученные ими результаты приведены в табл. 111,1. [c.62] Совпадение экспериментальных результатов с рассчитанными на основании данных о химическом строении этих веществ достаточно удовлетворительно, несмотря на сделанные допущения. [c.62] Для экспериментального определения коэффициента диффузии предложено много методов. Все они основаны на том, что раствор диффундирующего вещества приводят в контакт с растворителем таким образом, чтобы между ними образовалась возможно более четкая граница раздела. Полученную систему выдерживают некоторое время при постоянной температуре в условиях, полностью исключающих сотрясения и тепловую конвекцию, и затем определяют наступившее в результате диффузии новое распределение концентрации растворенного вещества в системе. По полученным результатам, обычно с помощью специальных таблиц, вычисляют коэффициент диффузии. [c.62] Эта связь была установлена Эйнштейном (1905 г.) и независимо от него Смолуховским (1906 г.). [c.63] Это уравнение обычно называют уравнением Эйнштейна — Смолуховского. [c.64] Совпадение результатов оказалось вполне удовлетворительным. Подобные же результаты были получены BeA6eproAL на других объектах, а также и другими исследователями. [c.64] Помимо этого для проверки правильности уравнения Эйнштейна — Смолуховского Сведберг определял зависимость А от вязкости дисперсионной среды коллоидной системы. В этом случае для вычисления теоретического значения А он пользовался формулой А = где А2 = 7 т/(Зяг). [c.64] Наконец, Зеддиг проверил правильность уравнения Эйнштейна— Смолуховского, определяя saBji HMO Tb А от температуры. При этом теоретические значения А он вычислял по уравнению А = /йз / П где kb — kxj 2 пг). В правой части этого равенства фигурирует величина г, поскольку вязкость дисперсионной среды меняется с температурой. И в этом случае опыт подтвердил теорию. [c.64] Исследование броуновского движения и диффузии в коллоидных системах не только дало многое для понимания природы дисперсных систем и установления общности молекулярно-кинетических свойств этих систем и систем молекулярной дисперсности, но И явилось доказательством правильности молекулярно-кинетической теории в целом. Теория броуновского движения, созданная Эйнштейном и Смолуховским, подтвердила реальное существование молекул как раз в то время, когда по этому вопросу развернулась ожесточенная дискуссия, поднятая Вильгельмом Оствальдом и другими представителями энергетической школы, советовавшими избегать пользоваться понятиями атома и молекулы, поскольку, по их мнению, за этими словами не кроется объективная реальность. [c.65] Таким образом, значение теории броуновского движения вь1хо-дит далеко за пределы коллоидной химии, в которой она, кстати говоря, явилась первой количественной теорией. Теория броуновского движения, согласно которой движение коллоидных частиц— прямое следствие теплового движения молекул, приобрела огромное значение в физической химии, физике и философии, явившись убедительным обоснованием правильности материалистического мировоззрения. Исследование броуновского движения- привело к созданию теории флуктуаций и способствовало развитию статистической физики. [c.65] Несоответствие найденных чисел среднему значению можно объяснить только тем, что хаотическое движение частиц приводит к случайному попаданию в выделенный микрообъем то большего, то меньшего числа частиц. Понятно, что если бы вместо микрообъема был выделен для наблюдения достаточно большой объем, содержащий огромное число частиц, то в результате компенсации избытка частиц в одних его участках недостатком частиц в других участках средняя численная концентрация в таком макрообъеме оказалась бы постоянной. [c.66] Из сказанного следует, что флуктуации представляют собою явление как бы обратное явлению диффузии, хотя оба они обусловлены тепловым движением. При диффузии происходит выравнивание концентраций в макрообъемах, а флуктуации представляют собою спонтанное отклонение концентрации от среднего его значения в микрообъемах. [c.66] В нашем курсе мы не можем рассматривать теорию флуктуаций. Отметим лишь, что применительно, к коллоидным системам эта теория позволяет вычислить вероятность различных численных концентраций в микрообъемах, а также найти тот промежуток времени, через который данная концентрация снова повторится в выделенной объеме. Это время обычно весьма резко возрастает с увеличением отклонения концентрации от среднего значения. Так, расчеты показывают, что в 1 мл газа при нормальных условиях отклонение численной концентрации на 1% может произойти через 10 ° лет, т. е. практически невозможно. Однако абсолютной невозможности осуществления подобного события все же нет, что характерно для второго начала термодинамики, носящего статистический характер. [c.66] Вернуться к основной статье