
【化】 equimolecular counter diffusion
等分子对向扩散(Equimolar Counter Diffusion)是物理化学和传质领域的一个重要概念,指在封闭系统中,两种不同气体或组分在浓度梯度驱动下,以相等的摩尔通量进行方向相反的扩散过程。该现象的核心在于系统内总摩尔数保持恒定,且净物质传递为零。以下是详细解释:
等分子(Equimolar)
指扩散过程中,组分A向某一方向扩散的摩尔通量((N_A))与组分B向相反方向扩散的摩尔通量((N_B))大小相等,即 (N_A = -N_B)。因此系统总压力不变,无净质量流动。
对向扩散(Counter Diffusion)
两种组分沿相反方向运动,例如在连接两个容器的管道中,高浓度气体A向低浓度区域扩散,同时气体B反向扩散填补空间。
根据菲克第一定律(Fick's First Law),扩散通量与浓度梯度成正比:
$$ JA = -D{AB} frac{dCA}{dz} $$
其中 (D{AB}) 为互扩散系数,(z) 为扩散方向坐标。在等分子对向扩散中,满足:
$$ N_A = -N_B = J_A $$
表明两组分的通量大小相等、方向相反。
液体蒸发至气流中时,若气相主体为惰性气体(如氮气),蒸气(如丙酮)向气相扩散,同时惰性气体反向扩散,形成等分子对向扩散模型。
气体通过多孔膜时,若两侧压力相等但浓度不同,高浓度组分扩散至低浓度侧,低浓度组分反向扩散。
经典教材详细推导等分子对向扩散的数学模型与应用场景。
明确定义扩散类型与分类标准(来源:IUPAC Gold Book)。
结合实际案例分析扩散机制(来源:G.P. Towler, R.K. Sinnott)。
提供气体扩散系数实验数据(来源:NIST Chemistry WebBook)。
此过程在化工分离、环境科学及生物膜传输等领域具有重要应用价值。
等分子对向扩散是传质过程中的一种特殊现象,指两种不同物质以相等的摩尔通量在相反方向上进行扩散的现象。以下是具体解释:
核心定义
当两种物质的分子在扩散时,若它们的扩散速率(摩尔通量)大小相等、方向相反,则称为等分子对向扩散。例如,在精馏塔中,轻组分向上扩散与重组分向下扩散的速率相等时,即属于此类现象。
典型场景
常见于气液传质或化学反应中,如:
数学描述
根据菲克定律,若物质A和B的扩散通量满足:
$$
J_A = -J_B
$$
则系统处于等分子对向扩散状态,此时净物质传递量为零。
与单向扩散的区别
单向扩散仅涉及单一方向受限的分子运动(如气体在封闭容器中扩散),而等分子对向扩散强调两种物质反向运动的动态平衡。
注意:该概念需结合具体物理或化工场景理解,实际应用中需通过实验或模型验证是否符合等分子条件。
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