擴散系數(shù)計算

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1、7.2.2擴散系數(shù)?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，它表達某個組分在介質(zhì)中擴散的快慢，是物質(zhì)的一種傳遞性質(zhì)。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(guān)，其量級為。通常對于二元氣體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，因此可略去下標而用同一符號Ｄ表示，即。表７－１給出了某些二元氣體在常壓下（）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：（７－１９）式中，－Ａ、B二元氣體的擴散系數(shù)，；－氣體的總壓

2、，；－氣體的溫度，Ｋ；、－組分Ａ、B的摩爾質(zhì)量，；、－組分Ａ、B分子擴散體積，。一般有機化合物可按分子式由表７－２查相應(yīng)的原子擴散體積加和得到，某些簡單物質(zhì)則在表７－２種直接列出。表7－１某些二元氣體在常壓下（）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－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2980.96

3、2H2O－空氣2732.20甲醇－空氣2980.844?2982.56H2－CO2736.51?3323.05H2－CO22735.50NH3－空氣2731.98H2－N22736.89CO2－空氣2731.38?2947.63?2981.64H2－NH32987.83SO2－空氣2931.22He－Ar2987.29?表７－２　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Σv/(cm3/mol)原子擴散體積v/(cm3/mol)分子擴散體積Σv/(cm3/mol)C1

4、5.9He2.67S22.9CO18.0H2.31Ne5.98?CO226.9O6.11Ar16.2?N2O35.9N4.54Kr24.5?NH320.7芳香族環(huán)-18.3Xe32.7?H2O13.1雜環(huán)-18.3H26.12?SF671.3F14.7D26.84?Cl238.4CL21.0N218.5?Br269.0Br21.9O216.3?SO241.8I29.8空氣　　　　　19.7??注：已列出分子擴散體積的，以后者為準。?式７－１９的相對誤差一般小于１０％。一、液體中的擴散系數(shù)由于液體中

5、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。表７－３給出了某些溶質(zhì)在液體溶劑中的擴散系數(shù)。表７－３溶質(zhì)在液體溶劑中的擴散系數(shù)（溶質(zhì)濃度很低）溶質(zhì)溶劑溫度／K擴散系數(shù)/(10-9m2/s)溶質(zhì)溶劑溫度／K擴散系數(shù)/(10-9m2/s)NH3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298

6、1.21H2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?????對于很稀的非電解質(zhì)溶液（溶質(zhì)Ａ＋溶劑Ｂ），其擴散系數(shù)常用Wilke-Chang公式估算：　（７－２１）式中，－溶質(zhì)Ａ在溶劑Ｂ中的擴散系數(shù)（也稱無限稀釋擴散系數(shù)），；??。芤旱臏囟?，Ｋ；　－溶劑Ｂ的粘度

7、，；－溶劑Ｂ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(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，見表7－４。表７－４　常見物質(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CH499.2氯仿CHC13238.9氨NH372.5乙烷C2H6148.3甲醇CH

8、40118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NO2167.8正己烷C6H14370異丙醇C3H80220氧化二氮N2O97.4乙烯C2H4130.4丙酮C3H60209二氧化硫S02122.2丙烯C3H6181甲乙酮C4H8O267三氧化硫SO3127.3氯乙烯C2H3C1169乙酸C2H4O171氯化氫HC180.9乙炔C2H2112.7乙酸乙酯C4H80286氫氣H265.1笨C6H