Di antara pelbagai fenomena dalam fizik, proses resapan adalah salah satu yang paling mudah dan paling mudah difahami. Lagipun, setiap pagi, menyediakan sendiri teh atau kopi wangi, seseorang mempunyai peluang untuk memerhatikan tindak balas ini dalam amalan. Mari ketahui lebih lanjut tentang proses ini dan syarat untuk kejadiannya dalam keadaan agregat yang berbeza.
Apakah itu resapan
Perkataan ini merujuk kepada penembusan molekul atau atom bagi satu bahan antara unit struktur yang serupa dengan yang lain. Dalam kes ini, kepekatan sebatian penembusan diratakan.
Proses ini mula-mula diterangkan secara terperinci oleh saintis Jerman Adolf Fick pada tahun 1855
Nama istilah ini terbentuk daripada kata nama verbal Latin diffusio (interaksi, serakan, pengedaran).
Resapan dalam cecair
Proses yang sedang dipertimbangkan boleh berlaku dengan bahan dalam ketiga-tiga keadaan pengagregatan: gas, cecair dan pepejal. Untuk contoh praktikal ini, lihat sahajadapur.
Boscht rebus dapur adalah salah satu daripadanya. Di bawah pengaruh suhu, molekul glukosin betanin (bahan yang menyebabkan bit mempunyai warna merah yang kaya) sama rata dengan molekul air, memberikan warna burgundy yang unik. Kes ini ialah contoh resapan dalam cecair.
Selain borscht, proses ini juga boleh dilihat dalam segelas teh atau kopi. Kedua-dua minuman ini mempunyai warna yang kaya seragam kerana fakta bahawa daun teh atau zarah kopi, larut dalam air, tersebar secara merata di antara molekulnya, mewarnainya. Tindakan semua minuman segera popular tahun sembilan puluhan dibina berdasarkan prinsip yang sama: Yupi, Jemput, Zuko.
Penembusan gas
Meneruskan melihat lebih jauh untuk manifestasi proses yang dimaksudkan di dapur, adalah berbaloi untuk menghidu dan menikmati aroma menyenangkan yang terpancar daripada sejambak bunga segar di atas meja makan. Mengapa ini berlaku?
Atom dan molekul pembawa bau sedang dalam gerakan aktif dan, akibatnya, bercampur dengan zarah yang sudah ada di udara, dan tersebar dengan agak sama rata dalam isipadu bilik.
Ini adalah manifestasi resapan dalam gas. Perlu diingat bahawa penyedutan udara juga tergolong dalam proses yang sedang dipertimbangkan, serta bau menyelerakan borscht yang baru dimasak di dapur.
Resapan dalam pepejal
Meja dapur dengan bunga ditutup dengan alas meja berwarna kuning terang. Dia menerima naungan yang serupa terima kasih kepadakeupayaan resapan untuk melalui pepejal.
Proses memberikan warna seragam pada kanvas berlaku dalam beberapa peringkat seperti berikut.
- Zarah pigmen kuning meresap dalam tangki dakwat ke arah bahan berserabut.
- Ia kemudiannya diserap oleh permukaan luar fabrik yang dicelup.
- Langkah seterusnya ialah meresap pewarna sekali lagi, tetapi kali ini ke dalam serat web.
- Pada peringkat akhir, fabrik membetulkan zarah pigmen, dengan itu menjadi berwarna.
Resapan gas dalam logam
Biasanya, bercakap tentang proses ini, pertimbangkan interaksi bahan dalam keadaan terkumpul yang sama. Contohnya, resapan dalam pepejal, pepejal. Untuk membuktikan fenomena ini, satu eksperimen dijalankan dengan dua plat logam ditekan antara satu sama lain (emas dan plumbum). Interpenetrasi molekul mereka mengambil masa yang agak lama (satu milimeter dalam lima tahun). Proses ini digunakan untuk membuat perhiasan yang luar biasa.
Walau bagaimanapun, sebatian dalam keadaan agregat yang berbeza juga mampu meresap. Contohnya, terdapat resapan gas dalam pepejal.
Semasa eksperimen telah terbukti bahawa proses sedemikian berlaku dalam keadaan atom. Untuk mengaktifkannya, sebagai peraturan, anda memerlukan peningkatan ketara dalam suhu dan tekanan.
Contoh resapan gas sedemikian dalam pepejal ialah kakisan hidrogen. Ia menunjukkan dirinya dalam situasi di manaAtom hidrogen (Н2) yang telah timbul semasa beberapa tindak balas kimia di bawah pengaruh suhu tinggi (dari 200 hingga 650 darjah Celsius) menembusi antara zarah struktur logam.
Selain hidrogen, resapan oksigen dan gas lain juga boleh berlaku dalam pepejal. Proses ini, tidak dapat dilihat oleh mata, mendatangkan banyak kemudaratan, kerana struktur logam boleh runtuh kerananya.
Resapan cecair dalam logam
Namun, bukan sahaja molekul gas boleh menembusi ke dalam pepejal, tetapi juga cecair. Seperti dalam kes hidrogen, selalunya proses ini membawa kepada kakisan (apabila ia berkaitan dengan logam).
Contoh klasik resapan cecair dalam pepejal ialah kakisan logam di bawah pengaruh air (H2O) atau larutan elektrolit. Bagi kebanyakan, proses ini lebih dikenali di bawah nama pengaratan. Tidak seperti kakisan hidrogen, dalam praktiknya ia perlu dihadapi dengan lebih kerap.
Syarat untuk mempercepatkan resapan. Pekali resapan
Setelah menangani bahan di mana proses yang sedang dipertimbangkan boleh berlaku, adalah berbaloi untuk mempelajari keadaan untuk kejadiannya.
Pertama sekali, kelajuan resapan bergantung pada keadaan agregat bahan berinteraksi. Semakin besar ketumpatan bahan di mana tindak balas berlaku, semakin perlahan kadarnya.
Dalam hal ini, resapan dalam cecair dan gas akan sentiasa lebih aktif daripada pepejal.
Sebagai contoh, jika kristalkalium permanganat KMnO4 (kalium permanganat) buang ke dalam air, mereka akan memberikan warna raspberi yang cantik dalam beberapa minit Warna. Walau bagaimanapun, jika anda menaburkan kristal KMnO4 pada sekeping ais dan meletakkan semuanya di dalam peti sejuk, selepas beberapa jam, kalium permanganat akan tidak dapat mewarna sepenuhnya H 2O.
Daripada contoh sebelumnya, satu lagi kesimpulan tentang keadaan resapan boleh dibuat. Selain keadaan pengagregatan, suhu juga mempengaruhi kadar interpenetrasi zarah.
Untuk mempertimbangkan pergantungan proses yang sedang dipertimbangkan padanya, adalah berbaloi untuk belajar tentang konsep seperti pekali resapan. Ini adalah nama ciri kuantitatif kelajuannya.
Dalam kebanyakan formula, ia dilambangkan dengan huruf Latin besar D dan dalam sistem SI ia diukur dalam meter persegi sesaat (m² / s), kadangkala dalam sentimeter sesaat (cm2 /m).
Pekali resapan adalah sama dengan jumlah jirim yang tersebar melalui permukaan unit sepanjang satu unit masa, dengan syarat perbezaan ketumpatan pada kedua-dua permukaan (terletak pada jarak yang sama dengan panjang unit) adalah sama dengan satu. Kriteria yang menentukan D ialah sifat bahan di mana proses penyerakan zarah itu sendiri berlaku, dan jenisnya.
Kebergantungan pekali pada suhu boleh diterangkan menggunakan persamaan Arrhenius: D=D0exp(-E/TR).
Dalam formula yang dipertimbangkan E ialah tenaga minimum yang diperlukan untuk mengaktifkan proses; T - suhu (diukur dalam Kelvin, bukan Celsius); R-ciri pemalar gas bagi gas ideal.
Selain semua perkara di atas, kadar resapan dalam pepejal, cecair dalam gas dipengaruhi oleh tekanan dan sinaran (induktif atau frekuensi tinggi). Di samping itu, banyak bergantung pada kehadiran bahan pemangkin, selalunya ia bertindak sebagai pencetus untuk permulaan penyebaran aktif zarah.
Persamaan resapan
Fenomena ini ialah bentuk tertentu bagi persamaan pembezaan separa.
Matlamatnya adalah untuk mencari pergantungan kepekatan bahan pada saiz dan koordinat ruang (di mana ia meresap), serta masa. Dalam kes ini, pekali yang diberikan mencirikan kebolehtelapan medium untuk tindak balas.
Lazimnya, persamaan resapan ditulis seperti berikut: ∂φ (r, t)/∂t=∇ x [D(φ, r) ∇ φ (r, t)].
Di dalamnya φ (t dan r) ialah ketumpatan bahan serakan pada titik r pada masa t. D (φ, r) - pekali resapan umum pada ketumpatan φ pada titik r.
∇ - pengendali pembezaan vektor yang komponennya merupakan terbitan separa dalam koordinat.
Apabila pekali resapan bergantung kepada ketumpatan, persamaannya adalah bukan linear. Apabila tidak - linear.
Setelah mempertimbangkan definisi resapan dan ciri-ciri proses ini dalam persekitaran yang berbeza, boleh diperhatikan bahawa ia mempunyai kedua-dua sisi positif dan negatif.
