擴(kuò)散系數(shù)計(jì)算.docx

7.2.2擴(kuò)散系數(shù)費(fèi)克定律中的擴(kuò)散系數(shù)代表單位濃度梯度下的擴(kuò)散通量，它表達(dá)某個(gè)組分在介質(zhì)中擴(kuò)散的快慢，是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。一、 氣體中的擴(kuò)散系數(shù)氣體中的擴(kuò)散系數(shù)與系統(tǒng)、溫度和壓力有關(guān)，其量級(jí)為。通常對(duì)于二元?dú)怏w、B的相互擴(kuò)散，在B中的擴(kuò)散系數(shù)和B在A中的擴(kuò)散系數(shù)相等，因此可略去下標(biāo)而用同一符號(hào)表示，即。表給出了某些二元?dú)怏w在常壓下（）的擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)于二元?dú)怏w擴(kuò)散系數(shù)的估算，通常用較簡(jiǎn)單的由富勒（Fuller）等提出的公式： （）式中，、B二元?dú)怏w的擴(kuò)散系數(shù)，；氣體的總壓，；氣體的溫度，；、組分、B的摩爾質(zhì)量，；、組分、B分子擴(kuò)散體積，。一般有機(jī)化合物可按分子式由表查相應(yīng)的原子擴(kuò)散體積加和得到，某些簡(jiǎn)單物質(zhì)則在表種直接列出。表7 某些二元?dú)怏w在常壓下（）的擴(kuò)散系數(shù)系統(tǒng)溫度/K擴(kuò)散系數(shù)/(10-5m2/s)系統(tǒng)溫度/K擴(kuò)散系數(shù)/(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2980.8442982.56H2CO2736.513323.05H2CO22735.50NH3空氣2731.98H2N22736.89CO2空氣2731.382947.632981.64H2NH32987.83SO2空氣2931.22HeAr2987.29表原子擴(kuò)散體積和分子擴(kuò)散體積原子擴(kuò)散體積v/(cm3/mol)分子擴(kuò)散體積v/( cm3/mol)原子擴(kuò)散體積v/(cm3/mol)分子擴(kuò)散體積v/( cm3/mol)C 15.9He 2.67S 22.9CO 18.0H 2.31Ne 5.98CO2 26.9O 6.11Ar 16.2N2O 35.9N 4.54Kr 24.5NH3 20.7芳香族環(huán) -18.3Xe 32.7H2O 13.1雜環(huán) -18.3H2 6.12SF6 71.3F 14.7D2 6.84Cl2 38.4CL 21.0N2 18.5Br2 69.0Br 21.9O2 16.3SO2 41.8I 29.8空氣19.7注：已列出分子擴(kuò)散體積的，以后者為準(zhǔn)。式的相對(duì)誤差一般小于。二、 液體中的擴(kuò)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(kuò)散系數(shù)要比氣體的小得多，其量級(jí)為。表給出了某些溶質(zhì)在液體溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)。表 溶質(zhì)在液體溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)（溶質(zhì)濃度很低）溶質(zhì)溶劑溫度K擴(kuò)散系數(shù)/(10-9m2/s)溶質(zhì)溶劑溫度K擴(kuò)散系數(shù)/(10-9m2/s)NH3水2851.64乙酸水2981.262881.77丙酸水2981.01O2水2911.98HCl(9kmol/m3)水2833.302982.41(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2850.542981.24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對(duì)于很稀的非電解質(zhì)溶液（溶質(zhì)溶劑），其擴(kuò)散系數(shù)常用Wilke-Chang公式估算： （）式中，溶質(zhì)在溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)（也稱無(wú)限稀釋擴(kuò)散系數(shù)），；溶液的溫度，；溶劑的粘度，；溶劑的摩爾質(zhì)量，；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1.0；溶質(zhì)A在正常沸點(diǎn)下的分子體積，由正常沸點(diǎn)下的液體密度來(lái)計(jì)算。若缺乏此密度數(shù)據(jù)，則可采用Tyn-Calus方法估算：，其中為物質(zhì)的臨界體積（屬于基本物性），單位為，見(jiàn)表7。表常見(jiàn)物質(zhì)的臨界體積VC 物 質(zhì) VC /(cm3/mol) 物 質(zhì) VC /(cm3/mol) 物 質(zhì) 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?dú)?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 169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(huán)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(jiàn)，溶質(zhì)在溶劑中的擴(kuò)散系數(shù)與溶質(zhì)在溶質(zhì)中的擴(kuò)散系數(shù)不相等，這一點(diǎn)與氣體擴(kuò)散系數(shù)的特性明顯不同，需引起注意。對(duì)給定的系統(tǒng)，可由溫度下的擴(kuò)散系數(shù)推算下的（要求和相差不大），如下： （）三、 生物物質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)表給出了一些生物溶質(zhì)在水溶液中的擴(kuò)散系數(shù)。表75 生物溶質(zhì)在水溶液中的擴(kuò)散系數(shù) 溶 質(zhì)溫度/0C 擴(kuò)散系數(shù)（m2/s） 摩爾質(zhì)量/(kg/kmol)尿素20 12010-9 60.1 25 1.34810-9 甘油20 0.82510-9 92.1 甘氨酸25 1.05510-9 75.1 辛酸鈉25 8.7510-10 166.2 牛血清清蛋白25 6.8110-11 67500尿素酶25 4.0110-11 48270020 3.4610-11 大豆蛋白20 2.9110-11 361800脂（肪）氧合酶20 5.2910-11 97400人血纖維蛋白原 20 1.9810-11 339700人血清清蛋白20 5.9310-11 72300-球蛋白（人）20 4.0010-11 153100肌酸酐37 1.0810-9 113.1蔗糖37 0.69710-9 342.320 0.46010-9對(duì)于水溶液中生物溶質(zhì)擴(kuò)散系數(shù)的估算，當(dāng)溶質(zhì)相對(duì)于分子質(zhì)量小于1000或其分子體積小于500時(shí)，可用式（）；否則，宜用式（）（Polson方法）， （）其中，镕基的粘度，；生物溶質(zhì)的摩爾質(zhì)量。四、 四、固體中的擴(kuò)散系數(shù)表給出了某些物質(zhì)在固體中的擴(kuò)散系數(shù)。對(duì)于氣體在固體中的擴(kuò)散，一般是用滲透率（permeability）來(lái)代替擴(kuò)散系數(shù)D，兩者間的關(guān)系為 （）其中，為氣體溶質(zhì)在固相中的溶解度，單位為溶質(zhì)（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)）（固體.atm）。表76 固體中的擴(kuò)散系數(shù)和滲透率溶質(zhì)A 固體B T/K DAB/(m2/s)溶解度S* 滲透率Pm*H2 硫化橡膠 298 0.8510-9 0.040 0.3210-10O2 298 0.2110-9 0.070 0.15210-10N2 298 0.1510-9 0.035 0.05410-10CO2硫化氯丁橡膠 290 0.1110-9 0.90 1.0110-10 300 0.18010-9 0.051H2聚乙烯 298 6.5310-12O2 303 4.1710