分子扩散系数的测定

气体扩散系数之测定

一、实验目的：

1.认识 菲克第一定律。

2.求出液体表面蒸发之气体扩散系数。

二、实验原理：

气体扩散系数

挥发性液体之气体扩散系数可藉由Winklemann’s method 来检测，在有限内径的垂直毛细管中保持固定的温度和经过毛细管顶部的空气流量，可确定液体表面的分子扩散到气体中的蒸气分压。

已知质传速率：

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=Bm T A

A C C L

C

D 'N (1)

D = 扩散速率 (m 2/s)

C A = A 物质于界面间的饱和浓度 (kmol/m 3) L =质传有效距离(mm)

C Bm =蒸气的对数平均莫耳浓度 (kmol/m 3) C T = 总莫耳浓度＝C A +C Bm (kmol/m 3)

液体的蒸发速率：

⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=dt dL M ρ'N L A

(2)

ρL = 液体密度

因此 ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛Bm T A

L C C L C

D dt dL M ρ (3)

at t=0 , L=L 0 做积分

t C C C ρMD 2L L Bm T

A L 202⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=- (4) ()()t C C C ρMD 2L 2L L L L Bm T

A L 000⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=+--

(5) ()()0A T Bm L 0A T Bm L 0L C MDC C ρL L C C C MD 2ρL L t ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫

⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=-

(6)

M = 分子量 、 t = 时间 其中

⎪⎪⎭

⎫

⎝⎛

⎪⎭⎫ ⎝⎛=a

abs T T T Vol kmol C 1 ， 其中 Vol ＝22.4 m 3

(7)

T 1B C C =

(8)

T a v a 2B C P P P C ⎪⎪⎭⎫

⎝⎛-=

(9) )C C ln()C (C C B2B1B2B1Bm -= (10)

T a v A C P P C ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛=

(11)

三、实验仪器：

气体分子扩散系数测定仪、毛细管、水槽

四、实验步骤 ：

1.丙酮部分注满于毛细管约35mm。

2.除去金属配件顶部螺帽，小心插入毛细管于橡胶环内直到平放于槽

顶，缓慢的调整T型管并接上气管于一端，并调整显微镜焦距对准水槽

约20-30 mm处。

3.对准垂直的T型管，直到显微镜可清楚看见管内变化情形。

4. 调整光标尺于事先安排的刻度并校正无误。

5.打开水槽温度(设定在40℃)达恒温。

6. 打开Air pump(经过T型管的空气流速须低流量，必要时可用气阀调

节)。

7.记录管内高度。

8. 每10分钟记录一次，纪录管内变化量。共记录七次。

9. 改变温度(50℃)，重复此过程。

五、问题与讨论

1. 为何须将整个实验装置，置于一恒温、恒压的环境中？

3. 试由所得结果说明温度对扩散系数的影响。