Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
matem_diffuzii_MDL3.doc
Скачиваний:
3
Добавлен:
01.05.2025
Размер:
673 Кб
Скачать
☆

2. Законы растворения

2.1 Закон Генри

Основным законом, определяющим максимальное количество вещества, которое можно ввести в твердое тело, является закон Генри:

C = K p ⋅ p , (30)

где

K p - константа растворимости, p – парциальное давление газа в системе. Константа

растворимости считается независящей от давления газа, но на практике это выполняется в сравнительно узком интервале давлений. Закон Генри применим только к одноатомным газам.

2.2 Закон Сивертса

В случае диффузии двухатомного газа, распадающегося на атомы при вхождении в твердое тело (например, диффузия водорода в палладии, или диффузия кислорода в серебре), справедлив закон Сивертса:

C = K s

p . (31)

В пористых телах и в некоторых типах дефектных или микрогетерогенных сред растворимость (адсорбция) газа определяется более сложной изотермой (Ленгмюра, Дубинина и др.), или даже суперпозицией нескольких изотерм.

3. Размерности параметров в уравнениях растворения и диффузии

При справедливости закона Генри, константа растворимости определяется как объем газа в кубических сантиметрах, приведенный к стандартной температуре и давлению, который растворен в 1 см3 твердого тела при температуре опыта, если давление газа равно 1 атм. Примечание. Давление – физическая величина, характеризующая интенсивность нормальных (перпендикулярных к поверхности) сил F, с которыми одно тело действует на поверхность S другого.

Если силы распределены по поверхности равномерно, то давление P=F/S. Давление измеряется в паскалях (Па), атмосферах (атм), в мм рт.ст. и др. Паскаль – единица давления и механического напряжения СИ, названная по имени Б.Паскаля. Обозначается: Па. 1 Па = 1 Н/м2=10 дин/см2=0,102 кгс/м2=10-5 бар=7,5*10-3 мм рт.ст. =0,102 мм вод.ст. Атмосфера, внесистемная единица давления. Нормальная или физическая атмосфера (обозначается атм) равна 101325 Па=1013,25 гПа=760 мм рт. ст.= 10332 мм вод. ст.=1,0332 ат; техн. атмосфера равна 1 кгс/см2=735.56 мм рт. ст. =104 мм вод. ст.=98066,5 Па. Ньютон – единица силы СИ; сила, сообщающая телу массой 1 кг ускорение 1 м/см2 в направлении действия силы; обозначается: Н. Названа по имени И.Ньютона. 1Н=105 дин=0,102 кгс.

⎡ cм 3

7

(STP) ⎤

Для одноатомного газа,

K p = ⎢ газа ⎥ - при нормальных условиях.

3 Смтв.Тела ⋅ атм

Для двухатомного газа,

⎡

K s = ⎢

⎢⎣

cм3 ⎤

⎦

см3 атм ⎥ .

В системе СИ рассматривается количество газа в объеме 1 м3 при давлении окружающего газа в 1

ньютон на 1 м2.

Коэффициент диффузии имеет размерность

длина 2

, обычно см2/сек (В системе СИ –

м2/с).

В стационарном состоянии поток:

время

⎛ p − p ⎞

j = DK p ⎜ 1 2 ⎟ .

⎝ H ⎠

Введем обозначение: константа проницаемости

P ≡ K p D , (32)

тогда для одноатомного газа константа проницаемости:

P = jH .

p1 − p2

Для двухатомного газа:

P = jH .

p1 − p2

Константа проницаемости, P, играет важную роль при изучении прохождения газа через мембрану.

Константу проницаемости принято выражать в см3, приведенных к стандартной температуре и давлению газа, прошедшего за 1 сек через 1 см2 площади мембраны толщиной 1

мм при разности давлений 1 см рт.ст. или 1 атм. Тогда размерность константы проницаемости P:

⎡ см3см ⎤

⎣

⎦

⎢⎢ сек ⋅ см 2 см рт.ст ⎥

или

⎡ см3см ⎤

⎣

⎦

⎢⎢ сек ⋅ см 2 атм ⎥ .

В американской и английской литературе:

⎡ см3 мм ⎤

⎣

⎦

⎢⎢ см 2 сек ⋅ см рт.ст ⎥

или

⎡ см3см ⎤

⎣

⎦

⎢⎢ см 2 сек ⋅ мм рт.ст.⎥ .

Существуют следующие соотношения между этими величинами:

см3см

1

см 2 сек ⋅ атм

= 7,6

см3 мм

см 2 сек ⋅ см рт.ст.

= 760

см3см

.

см 2 сек ⋅ мм рт.ст.

При рассмотрении процессов переноса газов через мембрану, когда поток диффундирующего газа измеряется в моль/с, а давление в паскалях, Па, проницаемость измеряется в (моль*м)/(с*м2*Па) или (моль*м)/(с*Н).

В системе СИ:

⎡ м 2 ⎤

⎡ м 2 ⎤

8

⎤

⎡ м 2 ⎛ Н ⎞ −1

⎡ м 4 ⎤

D⎢ ⎥;

K p ⎢

⎥; P = ⎢ ⎜

⎟ ⎥ или ⎢ ⎥,

сек

⎣⎢ Н

4

сек ⎝ м 2 ⎠

3

сек ⋅ Н

причем 1 м

= 109

см см .

сек ⋅ Н

см 2 сек ⋅ атм

Альтер предложил ввести для единицы проницаемости название «баррер».

1 Баррер = 1

г ⋅ см .

сек ⋅ см 2 бар

Чтобы получить числовые значения коэффициента проницаемости в единицах СИ, т.е. в (моль*м)/с*м2*Па), следует значение коэффициента проницаемости в (см3*см)/(см2*с*см.р.ст.) умножить на 3,36*10-6, а значение коэффициента проницаемости, выраженное в (см3*см)/(см2*с*атм), умножить на 4,425*10-8. Чтобы получить числовые значения коэффициента растворимости в единицах СИ, т.е. в моль/(м3*Па), следует значение коэффициента растворимости в [см3]/(см3*атм) умножить на 4,36*10-4. Здесь [см3] означает объем газа при нормальных условиях. Числовое значение коэффициента диффузии при измерении в м2/с на 104 меньше числового значения того же коэффициента диффузии при измерении в см2/с.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]