Molekulare Verbreitung, häufig genannt einfach Verbreitung, ist die Wärmebewegung von allen (Flüssigkeit oder Benzin) Partikeln bei Temperaturen über der absoluten Null. Die Rate dieser Bewegung ist eine Funktion der Temperatur, Viskosität der Flüssigkeit und der Größe (Masse) der Partikeln. Verbreitung erklärt den Nettofluss von Molekülen von einem Gebiet der höheren Konzentration zu einer der niedrigeren Konzentration, aber es ist wichtig zu bemerken, dass Verbreitung auch vorkommt, wenn es keinen Konzentrationsanstieg gibt. Das Ergebnis der Verbreitung ist ein allmähliches Mischen des Materials. In einer Phase mit der gleichförmigen Temperatur, abwesende Außennettokräfte, die den Partikeln folgen, wird der Diffusionsprozess schließlich auf das ganze Mischen hinauslaufen.

Sich verbreitendes Gleichgewicht wird erreicht, wenn die Konzentrationen der sich verbreitenden Substanz in den zwei Abteilungen gleich werden.

Denken Sie zwei Systeme; S und S bei derselben Temperatur und fähig zu wert seienden Partikeln. Wenn es eine Änderung in der potenziellen Energie eines Systems gibt; zum Beispiel μ>μ (μ ist Chemisches Potenzial), wird ein Energiefluss von S bis S vorkommen, weil Natur immer niedrige Energie und maximales Wärmegewicht bevorzugt.

Obwohl die verschiedenen Systeme am Gleichgewicht sind, gibt es ruhiges Wasser, das die halbdurchlässige Membran durchführt. So, wenn Essen, das sich färbt, im System A gestellt wird, schließlich würde es der gleichen Farbe zum System B sein.

Molekulare Verbreitung wird normalerweise mathematisch mit den Gesetzen von Fick der Verbreitung beschrieben.

Anwendungen

Verbreitung ist von grundsätzlicher Wichtigkeit in vielen Disziplinen der Physik, Chemie und Biologie. Einige Beispiel-Anwendungen der Verbreitung:

• Sintering, um feste Materialien (Puder-Metallurgie, Produktion der Keramik) zu erzeugen
• Chemisches Reaktordesign
• Katalysator-Design in der chemischen Industrie
• Stahl kann (z.B, mit Kohlenstoff oder Stickstoff) ausgegossen werden, um seine Eigenschaften zu modifizieren
• Das Doping während der Produktion von Halbleitern.

Bedeutung

Verbreitung ist ein Teil der Transportphänomene. Massentransportmechanismen ist molekulare Verbreitung als eine langsamere bekannt.

Biologie

In der Zellbiologie ist Verbreitung eine Hauptform des Transports für notwendige Materialien wie Aminosäuren innerhalb von Zellen. Die Verbreitung von Wasser (HO) durch eine teilweise durchlässige Membran wird als Osmose klassifiziert.

Metabolismus und Atmung verlassen sich teilweise auf die Verbreitung zusätzlich zum Hauptteil oder den aktiven Prozessen. Zum Beispiel, in den Alveolen von Säugetierlungen, wegen Unterschiede im teilweisen Druck über die alveolar-kapillare Membran, verbreitet sich Sauerstoff ins Blut, und Kohlendioxyd verbreitet sich. Lungen enthalten eine große Fläche, um diesen Gasaustauschprozess zu erleichtern.

Leuchtspurgeschoss, selbst - und chemische Verbreitung

Im Wesentlichen sind zwei Typen der Verbreitung bemerkenswert:

• Leuchtspurgeschoss-Verbreitung und Selbstverbreitung, die ein spontanes Mischen von Molekülen ist, die ohne Konzentration (oder chemisches Potenzial) Anstieg stattfinden. Diesem Typ der Verbreitung kann mit isotopic Leuchtspurgeschosse, folglich der Name gefolgt werden. Wie man gewöhnlich annimmt, ist die Leuchtspurgeschoss-Verbreitung zur Selbstverbreitung (das Annehmen keiner bedeutenden isotopic Wirkung) identisch. Diese Verbreitung kann unter dem Gleichgewicht stattfinden. Eine ausgezeichnete Methode für das Maß von Selbstdiffusionskoeffizienten ist pulsierter Feldanstieg (PFG) NMR, wo keine isotopic Leuchtspurgeschosse erforderlich sind. In einem so genannten NMR-Drehungsecho-Experiment verwendet diese Technik die Kerndrehungsvorzessionsphase, erlaubend, chemisch und physisch völlig identische Arten z.B in der flüssigen Phase bezüglich Beispiel-Wassermoleküle innerhalb von flüssigem Wasser zu unterscheiden. Der Selbstdiffusionskoeffizient von Wasser ist mit der hohen Genauigkeit experimentell bestimmt worden und dient so häufig als ein Bezugswert für Maße auf anderen Flüssigkeiten. Der Selbstdiffusionskoeffizient von ordentlichem Wasser ist: 2.299 · 10 m² · s an 25 °C und 1.261 · 10 m² · s an 4 °C.
• Chemische Verbreitung kommt in eine Anwesenheit der Konzentration (oder chemisches Potenzial) Anstieg vor, und es läuft auf Nettotransport der Masse hinaus. Das ist der durch die Verbreitungsgleichung beschriebene Prozess. Diese Verbreitung ist immer ein Nichtgleichgewichtsprozess, vergrößert das Systemwärmegewicht, und bringt das am Gleichgewicht nähere System.

Die Diffusionskoeffizienten für diese zwei Typen der Verbreitung sind allgemein verschieden, weil der Diffusionskoeffizient für die chemische Verbreitung binär ist und es die Effekten wegen der Korrelation der Bewegung der verschiedenen sich verbreitenden Arten einschließt.

Nichtgleichgewicht-System

Weil chemische Verbreitung ein Nettotransportprozess ist, ist das System, in dem sie stattfindet, nicht ein Gleichgewicht-System (d. h. sie ist noch nicht beruhigt). Viele laufen auf klassische Thermodynamik hinaus werden auf Nichtgleichgewicht-Systeme nicht leicht angewandt. Jedoch, dort kommen manchmal so genannte quasiunveränderliche Staaten vor, wo sich der Diffusionsprozess rechtzeitig nicht ändert, wo klassische Ergebnisse lokal gelten können. Wie der Name darauf hinweist, ist dieser Prozess nicht ein wahres Gleichgewicht, da sich das System noch entwickelt.

Nichtgleichgewicht-Flüssigkeitssysteme können mit dem Landauer-Lifshitz erfolgreich modelliert werden, der Wasserdrucklehre schwankt. In diesem theoretischen Fachwerk ist Verbreitung wegen Schwankungen, deren sich Dimensionen von der molekularen Skala bis die makroskopische Skala erstrecken.

Chemische Verbreitung vergrößert das Wärmegewicht eines Systems, d. h. Verbreitung ist ein spontaner und irreversibler Prozess. Partikeln können sich durch die Verbreitung ausbreiten, aber werden sich (abwesende Änderungen zum System nicht spontan wiederbefehlen, keine Entwicklung von neuen chemischen Obligationen und abwesende Außenkräfte annehmend, die der Partikel folgen).

Konzentrationsabhängiger "gesammelte" Verbreitung

Gesammelte Verbreitung ist die Verbreitung einer Vielzahl von Partikeln meistenteils innerhalb eines Lösungsmittels.

Gegen die Brownsche Bewegung, die die Verbreitung einer einzelnen Partikel ist, können Wechselwirkungen zwischen Partikeln betrachtet werden müssen, wenn die Partikeln keine ideale Mischung mit ihrem Lösungsmittel bilden (ideale Mischungsbedingungen entsprechen dem Fall, wo die Wechselwirkungen zwischen dem Lösungsmittel und den Partikeln zu den Wechselwirkungen zwischen Partikeln und den Wechselwirkungen zwischen lösenden Molekülen identisch sind; in diesem Fall wirken die Partikeln wenn innerhalb des Lösungsmittels nicht aufeinander).

Im Falle einer idealen Mischung hält die Partikel-Verbreitungsgleichung für wahr, und der Diffusionskoeffizient D die Geschwindigkeit der Verbreitung in der Partikel-Verbreitungsgleichung ist der Partikel-Konzentration unabhängig. In anderen Fällen werden resultierende Wechselwirkungen zwischen Partikeln innerhalb des Lösungsmittels für die folgenden Effekten verantwortlich sein:

• der Diffusionskoeffizient D in der Partikel-Verbreitungsgleichung wird Abhängiger der Konzentration. Für eine attraktive Wechselwirkung zwischen Partikeln neigt der Diffusionskoeffizient dazu abzunehmen, als Konzentration zunimmt. Für eine abstoßende Wechselwirkung zwischen Partikeln neigt der Diffusionskoeffizient dazu zuzunehmen, als Konzentration zunimmt.
• Im Fall von einer attraktiven Wechselwirkung zwischen Partikeln stellen Partikeln eine Tendenz aus, zu verschmelzen und Trauben zu bilden, wenn ihre Konzentration über einer bestimmten Schwelle liegt. Das ist zu einem Niederschlag chemische Reaktion gleichwertig (und wenn die überlegten sich verbreitenden Partikeln chemische Moleküle in der Lösung sind, dann ist es ein Niederschlag).

Molekulare Verbreitung von Benzin

Der Transport des Materials in stehender Flüssigkeit oder über Stromlinien einer Flüssigkeit in einem Laminar-Fluss kommt bei der molekularen Verbreitung vor. Zwei angrenzende Abteilungen, die durch die Teilung getrennt sind, die reines Benzin A oder B enthält, können vorgestellt werden. Die zufällige Bewegung aller Moleküle kommt vor, so dass nach einer Periode Moleküle entfernt von ihren ursprünglichen Positionen gefunden werden. Wenn die Teilung, einige Moleküle Einer Bewegung zum durch B besetzten Gebiet entfernt wird, hängt ihre Zahl von der Zahl von Molekülen am betrachteten Punkt ab. Gleichzeitig verbreiten sich Moleküle von B zu durch reinen A früher besetzten Regierungen.

Schließlich kommt das ganze Mischen vor. Vor diesem Punkt rechtzeitig kommt eine allmähliche Schwankung in der Konzentration von A entlang einer Achse vor, hat x benannt, der sich den ursprünglichen Abteilungen anschließt. Diese Schwankung, ausgedrückt mathematisch-dC/dx, wo C die Konzentration von A ist. Das negative Zeichen entsteht, weil die Konzentration Abnahmen als die Entfernung x zunimmt. Ähnlich ist die Schwankung in der Konzentration von Benzin B-dC/dx. Die Diffusionsgeschwindigkeit von A, N, hängt von Konzentrationsanstieg und der durchschnittlichen Geschwindigkeit mit der die Moleküle Bewegungen in der x Richtung ab. Diese Beziehung wird durch das Gesetz von Fick ausgedrückt

: "nur anwendbar für keine Hauptteil-Bewegung"

wo D Diffusivity durch B ist, der zum Durchschnitt proportional ist (quadratisch gemacht?) molekulare Geschwindigkeit und, hängen Sie deshalb von der Temperatur und dem Druck von Benzin ab. Die Diffusionsgeschwindigkeit N, wird gewöhnlich als die Zahl von Maulwürfen ausgedrückt, die sich über das Einheitsgebiet in der Einheitszeit verbreiten. Als mit der grundlegenden Gleichung der Wärmeübertragung, zeigt an, dass die Rate der Kraft zur treibenden Kraft direkt proportional ist, die der Konzentrationsanstieg ist.

Diese grundlegende Gleichung hat für mehrere Situationen gegolten. Das Einschränken der Diskussion exklusiv, um Zustandbedingungen zu festigen, in denen keiner dC/dx oder DC/dx-Änderung mit der Zeit gleichmolekulare Gegenverbreitung erst betrachtet wird.

Gleichmolekulare Gegenverbreitung

Wenn kein Hauptteil-Fluss in einem Element der Länge dx vorkommt, müssen die Diffusionsgeschwindigkeiten von zwei Benzin A und B gleich und entgegengesetzt sein, der N =-n ist.

Der teilweise Druck Änderungen durch dP über die Entfernung dx. Ähnlich ändert der teilweise Druck von B dP. Da es keinen Unterschied im Gesamtdruck über das Element (kein Hauptteil-Fluss) gibt, muss dP/dx-dP/dx gleichkommen. Für ein ideales Benzin ist der teilweise Druck mit der Mahlzahn-Konzentration durch die Beziehung verbunden

:

wo n die Zahl von Maulwürfen von Benzin in einem Band V ist. Als die Mahlzahn-Konzentration ist C n/V deshalb gleich

:

Folglich, für Benzin A,

:

wo D der diffusivity in B ist. Ähnlich

:

Es erlaubt deshalb dem D=D=D. Wenn der teilweise Druck an x P ist und x P, Integration der obengenannten Gleichung, ist

:

Eine ähnliche Gleichung kann für die Gegenverbreitung von Benzin B abgeleitet werden.

Siehe auch

• Molekulare Verbreitung von Benzin
• Gleichmolekulare Gegenverbreitung
• Ambipolar Verbreitung
• Anomale Verbreitung
• Batchelor erklettern
• Verbreitung von Bohm
• Verbreitung MRI
• Verdoppeln Sie sich verbreitende Konvektion
• Schinderei (Physik)
• Die Gesetze von Fick der Verbreitung
• Ortszeit (Mathematik)
• Massenübertragung
• Massenfluss
• Osmose
• Durchdringung
• Relativistische Hitzeleitung
• Transportphänomene
• Unruhige Verbreitung
• Viskosität

Außenverbindungen

• Einige Bilder, die Verbreitung und Osmose zeigen
• Eine Zeichentrickfilm-Beschreiben-Verbreitung.
• Ein Tutorenkurs auf der Theorie hinten und Lösung der Verbreitungsgleichung.
• Simulierungsmodell von NetLogo für den Bildungsgebrauch (Java Applet)
• Der kurze Film auf der Brownschen Bewegung (schließt Berechnung des Diffusionskoeffizienten ein)
• Eine grundlegende Einführung in die klassische Theorie der Volumen-Verbreitung (mit Zahlen und Zeichentrickfilmen)
• Verbreitung auf dem nanoscale (mit Zahlen und Zeichentrickfilmen)

Innere Verbindungen

• Das Doping (von Halbleiter) - Eine Verweisung beim Doping von Halbleitern