扩散系数计算教学教材

扩散系数计算教学教材
7.2.2扩散系数
费克定律中的扩散系数Ｄ代表单位浓度梯度下的扩散通量，它表达某个组分在介质中扩散的快慢，是物质的⼀种传递性质。

⼀、⽓体中的扩散系数
⽓体中的扩散系数与系统、温度和压⼒有关，其量级为5
2
10/m s -。

通常对于⼆元⽓体Ａ、B 的相互扩散，Ａ在B 中的扩散系数和B 在A 中的扩散系数相等，因此可略去下标⽽⽤同⼀符号Ｄ表⽰，即AB BA D D D ==。

表７－１给出了某些⼆元⽓体在常压下（5
1.01310Pa ?）的扩散系数。

对于⼆元⽓体扩散系数的估算，通常⽤较简单的由富勒（Fuller ）等提出的公式：
1/31/32
[()()]A B D P v v =
+∑∑ （７－１９）
式中，D －Ａ、B ⼆元⽓体的扩散系数，2
/m s ；
P －⽓体的总压，Pa ； T －⽓体的温度，Ｋ；
A M 、
B M －组分Ａ、B 的摩尔质量，/kg kmol ；
A
v
∑、B
v
∑－组分Ａ、B 分⼦扩散体积，3
/cm mol 。

⼀般有机化合物可按分⼦式由表７－２查相应的原⼦扩散体积加和得到，某些简单物质则在表７－２种直接列出。

5
1.01310Pa ?
式７－１９的相对误差⼀般⼩于１０％。

⼆、液体中的扩散系数
由于液体中的分⼦要⽐⽓体中的分⼦密集得多，因此也体的扩散系数要⽐⽓体的⼩得多，其量级为9 2
10/m s -。

表７－３给出了某些溶质在液体溶剂中的扩散系数。

对于很稀的⾮电解质溶液（溶质Ａ＋溶剂Ｂ），其扩散系数常⽤Wilke-Chang 公式估算：
15
0.6()7.410
T B AB A M T
D V -φ=?µ 2/m s （７－２１）
式中，AB D －溶质Ａ在溶剂Ｂ中的扩散系数（也称⽆限稀释扩散系数），2
/m s ；
T －溶液的温度，Ｋ；
µ－溶剂Ｂ的粘度，.Pa s ；
B M －溶剂Ｂ的摩尔质量，/kg kmol ；
φ－溶剂的缔合参数，具体值为：⽔2.6；甲醇1.9；⼄醇1.5；苯、⼄醚等不缔合的溶剂为1.0；
A V －溶质A 在正常沸点下的分⼦体积，3/cm mol ，由正常沸点下的液体密度来计算。

若缺乏此密度数据，则可采⽤Tyn-Calus ⽅法估算： 1.048
0.285c V V =，其中c V 为物质的。