Диффузия в коллоидных системах

Диффузия – это самопроизвольный процесс выравнивания концентраций в системе, который протекает необратимо, ускоряется с увеличением температуры, сопровождается ростом энтропии.

Перенос массы диффузией определяется по первому закону Фика

dm = – D(dc/dx)sd. (6.2)

Здесь D – коэффициент диффузии, его величина зависит от свойств среды и коллоидных частиц, dc/dx – градиент концентрации, s – площадь потока диффузии, – длительность процесса, m – количество продиффундировавшего вещества.

Если dc/dx = const, то

m = –D(dc/dx)s. (6.3)

Приняв dc/dx = –1, s = 1, = 1, получим

D = m . (6.4 )

Размерность коэффициента диффузии см²/с.

Между коэффициентом диффузии, температурой, вязкостью среды и радиусом частиц дисперсной фазы существует связь, выражаемая уравнением Эйнштейна:

D = RT/N_AB = kT/B, (6.5)

где B – коэффициент трения. Для сферических частиц B = 6r, и коэффициент диффузии определится уравнением

D = RT/N_A6r = kT/ 6 r. (6.6)

Здесь h – вязкость среды, r – радиус частиц.

Из-за больших размеров частиц коэффициент диффузии для коллоидных систем имеет небольшие значения.

Известно, что

, (6.7)

которое преобразуется в уравнение Эйнштейна – Смолуховского:

. (6.8)

Исследование броуновского движения привело к созданию теории флуктуаций. Флуктуации – это спонтанные отклонения какого-либо параметра от среднего равновесного значения в достаточно малых объемах системы. Флуктуациям подвержены физические величины (плотность, концентрация), биологические (рост, продолжительность жизни) и т. д.