擴散系數(shù)計算

1、費克定律中的擴散系數(shù)D代表單位濃度梯度下的擴散通量，散的快它表達某個組分在介質中擴慢，是物質的一種傳遞性質。一、氣體中的擴散系數(shù)氣體中的擴散系數(shù)與系統(tǒng)、溫度和壓力有關，其量級為io 5m 2/s一戶A、B的相互擴散，a在B中的擴散系數(shù)和B在A中的擴散系數(shù)相等，因此可略去下標通常對于一兀氣體 用同一符號D表示，即Dab Dba D。表7 1給出了某些二元氣體在常壓下(1-013 10 Pa )的擴散系數(shù)。對于二元氣體擴散系數(shù)的估算，通常用較簡單的由富勒(Fuller )等提出的公式:0.0101Ti,7511V MaMb1/3(VJ1/3 2(719)2式中，D A. B二元氣體的擴散系數(shù)，m

2、/S；一氣體的總壓，Pa ；kg/kmol；mA、一氣體的溫度，K；B組分A、B的摩爾質量，VAVB、一組分A、B分子擴散體積，cm /mo1。某些簡單物質一般有機化合物可按分子式由表7-2查相應的原子擴散體積加和得到， 則在表7-2種直接列出。表7-1某些二元氣體在常壓下(L013 10 Pa)的擴散系數(shù)系統(tǒng)溫度/K擴散系數(shù)/(10-5m2/s)系統(tǒng)溫度/K擴散系數(shù)/(10-5m2/s)h2空氣2736.11甲醇一空氣2731.32He 一空氣3177.56乙醇一空氣2731.0202空氣2731.78正丁醇-空氣2730.703C12 一空氣2731.24苯-空氣2980.962H2O 空

3、氣2732.20甲醇一空氣2980.8442982.56H2 CO2736.513323.05H2 CO22735.50NH3 空氣2731.98H2 N22736.89CO2 空氣2731.382947.632981.64H2 NH32987.83SO2 空氣2931.22He-Ar2987.29原子擴散體積v/(cm 3/mol)分子擴散體積工 v/( cm 3/mol)原子擴散體積v/(cm 3/mol)分子擴散體積工 v/( cm3/mol)C15.9He2.67S22.9CO18.0表7-2原子擴散體積和分子擴散體積5 90026 9O6.11Ar16.2N2O35.9N4.54Kr

4、24.5nh3320.7方香族環(huán)-18.3Xe32.7H2O13.1雜環(huán)-18.3H26.12SF671.3F14.7D26.84CI238.4CL21.0N218.5Br2乙69.0Br21.9O216.3SO2乙41.8I29.8空氣19.7注：已列出分子擴散體積的，以后者為準。式719的相對誤差一般小于1 0%。、液體中的擴散系數(shù)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(shù)要比氣體的小得多，其量級為10 m /s。表7 3給出了某些溶質在液體溶劑中的擴散系數(shù)。表7 3溶質在液體溶劑中 的擴散系數(shù)（溶質濃度很低）溶質溶劑溫度/K擴散系數(shù) /(10-9m2/s)溶質溶劑溫度/

5、K擴散系數(shù) /(10-9m2/s)NH33水2851.64乙酸水2981.262881.77丙酸水2981.01O2水2911.98HC1(9kmo1/m 3)水2833.302982.41(2.5kmo1/m 3)2832.50CO2乙水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2850.542981.24水乙醇2981.13正丙醇水2880.87KC1水2981.87甲酸水2981.52KC11,2 一乙二醇2980.119乙酸水2830.769對于很稀的非電解質溶液（溶質A +溶劑E），

6、其擴散系數(shù)常用Wilke-Cha ng公式估算:Dab 7.4 10 15 （ MB） tV/A。/S式中，dab 一溶質A在溶劑E中的擴散系數(shù)（也稱無限稀釋擴散系數(shù)）（7 21）, m2/s ；T 一溶液的溫度，K;-溶劑E的粘度，Pas ；Mb 溶劑E的摩爾質量，kg/ km01 ;一溶劑的締合參數(shù)，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】.0；VA一溶質A在正常沸點下的分子體積，cm3/mo1，由正常沸點下的液體密度來計算。若缺乏此密度數(shù)據(jù)，貝IJ可采用Tyn-Calus方法估算：V - 28 /。侏，其中為物質的臨界體積（屬于基本物性），單位為cm

7、/mo】，見表7 4。表7 4常見物質的臨界體積V C物質Vc /(cm3/mol)物質Vc/(cm3/mol)物質Vc/(cm3/mol)甲烷CH499.2氯仿CHC1 33238.9氨NH3372.5乙烷C2H6148.3甲醇叫0118氮氣N289.8丙烷C3H8203乙醇C2H60167.1一氧化氮NO57.7正丁烷C4H10255正丙醇C3H80219二氧化氮NO2乙167.8正己烷C6H14370異丙醇C3H80220氧化二氮*O97.4乙烯C2H4130.4丙酮C3H60209二氧化硫S02乙122.2丙烯C3H6181甲乙酮C4H8O267三氧化硫SO33127.3氯乙烯C2H3

8、C1169乙酸C2H4O171氯化氫HC180.9乙炔C2H2112.7乙酸乙酯C4H80286氫氣H265.1笨C6H6259氯C14123.8硫化氫h2s98.6甲苯C7H8316漠Br2乙127.2一氧化碳CO93.2氯苯C6H5C1308碘I2155二氧化碳CO2乙93.9環(huán)己烷C6H12308氧氣0273.4二硫化碳CS2乙160四氯化碳CCI4275.9臭氧0388.9水H2O57.1從（7 2 1）可見，溶質A在溶劑E中的擴散系數(shù)Dab與溶質E在溶質A中的擴散系數(shù)Dba不相等，這一點與氣體擴散系數(shù)的特性明顯不同，需引起注意。對給定的系統(tǒng)，可由溫度T1下的擴散系數(shù)D1推算t2T的D

9、2 （要求二和T2相差不大），如下：D2 D1 （: 2 jT1（7 22）三、生物物質的擴散系數(shù)表7-5給出了一些生物溶質在水溶液中的擴散系數(shù)。表75生物溶質在水溶液中的擴散系數(shù)溶質溫度/0C擴散系數(shù)（m2/s）摩爾質量/（kg/kmol）尿素201. 20 X 10-960.125-91.348 X 10甘油200.825 X 10-992.1甘氨酸251.055X 10-975.1辛酸鈉258.75X 10-10166.2牛血清清蛋白256.81 x 10-1167500尿素酶254.01 x 10-11482700203.46 X 10-11大豆蛋白202.91 X 10-113618

10、00脂（肪）氧合酶205.29X 10-1197400人血纖維蛋白原201.98 x 10-11339700人血清清蛋白205.93X 10-1172300丫 -球蛋白（人）204.00 x 10-11153100肌酸酐371.08 X 10-9113.1蔗糖370.697X 10-9342.3200.460X 10-9對于水溶液中生物溶質擴散系數(shù)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 cm / ml時，可用式（7 21）;否則，宜用式（7 23）法），其中，S為氣體溶質A在固相中的溶解度，SCa/PA，單位為叫溶質（標準狀態(tài)）/ （ m3固體atm ）。表76固體中的

11、擴散系數(shù)和滲透率溶質A固體BT/KDAB/(m2/s)溶解度S*J滲透率Pm*H2硫化橡膠2980.85 X 10-90.0400.32 x 10-10O22980.21 X 10-90.0700.152X 10-10N22980.15 X 10-90.0350.054 X 10-10co2乙硫化氯丁橡膠2900.11X 10-90.901.01 x 10-103000.180 X 10-90.051H2聚乙烯298126.53X 1012O23034.17X 10-12N23031.52 X 10-12O2尼龍3030.029X 10-12N213030.0152X 10-12H2O13060.16 x 10-10H n2Fe2932.59 X 10-13AlCu2931.3 X 10-34* S的單位：m3溶質（標準狀態(tài)）/ （ m3固體？ atm） ； * P 勺單位：m3溶質（標準狀態(tài)）/(Plsn